OBJECTIFS du livret 2: ce qu'il faut comprendre. Exercices d application:

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1 OBJECTIFS du livret 2: ce qu'il faut comprendre - calculs des concentrations molaires et massiques - différents types d'extraction: extraction par un solvant, hydrodistillation... - notions de solubilité, densité et miscibilité - principe d'une transformation chimique, lois de conservation, bilan de matière - notions de cinétique chimique : facteurs cinétiques, rôle d'un catalyseur Exercices d application: Exercice 1 : Lorsqu on met en présence du zinc avec des ions Fe 3+, il se forme des ions Fe 2+ et Zn 2+. On ajoute 6,54 g de zinc à une solution aqueuse de chlorure de fer (III) ( Fe 3+ aq+ 3 Cl - aq ) placée dans un bécher. Après une longue agitation, on constate qu il ne reste plus de zinc. Un test réalisé sur la solution montre qu il reste des ions Fe 3+ en solution. Les ions chlorure sont spectateurs. 1) Nommer les réactifs et les produits de la réaction. 2) Qu appelle-t-on «ions spectateurs»? 3) Ecrire l équation de la réaction. 4) Quel est le réactif limitant? 5) Calculer la masse d ions Fe 2+ formés au cours de la réaction. Données : M(Zn) = 65,4 g.mol -1 ; M(Fe) = 55,8 g.mol -1 Correction : 1) Il faut repérer les mots clés et les données de l énoncé. Réactifs : zinc Zn et ions Fe 3+ Produits : ions Fe 2+ et Zn 2+ 2) Il faut connaître les définitions. Les ions spectateurs ne réagissent pas. 3) Appliquons les règles d écriture d une équation. Il faut qu il y ait conservation des éléments et des charges.

2 Zn + Fe 3+ Fe 2+ + Zn 2+ La conservation des éléments est respectée : 1 élément Zn à gauche et à droite ; 1 élément Fe à gauche et à droite. La conservation des charges n est pas respectée : 3 charges + à gauche 2+2 = 4 charges + à droite Si on met un nombre devant Fe 3+, il faut mettre le même nombre devant Fe 2+ (conservation des éléments). On essaie 2Fe 3+, il faut donc mettre 2Fe 2+. On constate qu il y a ainsi conservation de la charge : 2 x 3 à gauche = 2 + (2 x 2) à droite, il est donc inutile de modifier Zn : Zn + 2Fe 3+ Zn Fe 2+ On peut écrire l équation avec des ions spectateurs en respectant la neutralité électrique des solutions. Il y a 6 charges positives à gauche et à droite de la flèche. Il faut rajouter 6 charges négatives à gauche et à droite. Il faut rajouter 6 Cl -. Zn + 2Fe Cl - Zn Fe Cl - 4) Le réactif limitant est celui qui est en défaut. Il reste des ions Fe 3+. Il ne reste plus de zinc. Le zinc est en défaut, c est le réactif limitant. Les ions Fe 3+ sont en excès. 5) Il faut déterminer des quantités de matière. A partir des données, on connait la masse de zinc qui a réagi. On détermine la quantité de matière correspondante avec la formule : n =m / M. n(zn) = m / M = 6,54 / 65,4 = 0,1 mol. Pour déterminer la masse des ions Fe 2+, il faut d abord calculer la quantité de matière en ions Fe 2+. Pour cela exploitons l équation de la réaction : comme les ions Fe 3+ sont en excès, on s intéresse uniquement au zinc et aux ions Fe 2+. On applique la relation : n(zn) / 1 = n(fe 2+ ) / 2 n(fe 2+ ) = 2 n(zn) = 2 x 0,1 = 0,2 mol m(fe 2+ ) = n(fe 2+ ) x M(Fe) = 0,2 x 55,8 = 11,2 g. 11,2 g d ions Fe 2+ sont formés au cours de la réaction.

3 Exercice 2 Une solution mère (S1) de glucose C 6 H 12 O 6 a pour concentration C1= 0,025 mol.l -1 1) Quel volume V1 de solution (S1) doit-on prélever pour que, après dilution avec la quantité adéquate d eau distillée, on obtienne : a) V= 100 ml de solution de glucose de concentration C= 2, mol.l -1? b) V= 250 ml de solution de glucose de concentration C= 1, mol.l -1? c) V= 500 ml de solution de glucose de concentration C= 0,0013 mol.l -1? 2) Quelles concentrations massiques en glucose auront ces 3 solutions filles? Correction : 1) On fait un prélèvement d'un volume V1 de solution S1 (solution mère). La quantité de matière de soluté présente dans ce prélèvement est C1*V1. On place ce prélèvement dans une fiole jaugée et on ajoute de l'eau distillée pour obtenir le volume désiré V2 de solution fille de concentration C2. Lors de la dilution, la quantité de matière de soluté est conservée : C1*V1 = C2*V2 Le volume V1 demandé est donc calculé par la formule : V1=C2*V2/C1 a) V2= 100mL=0,100L et C2= 2, mol.l -1 soit V1=(2, x0,1)/0,025=0,01l=10ml b) V2= 250 ml =0,250L et C2= 1, mol.l -1 soit V1=(1, x0,25)/0,025=0,01l=10ml c) V2= 500 ml=0,500l et C2= 0,0013 mol.l -1 soit V1=(1, x0,5)/0,025=0,026l=26ml 2) la masse molaire moléculaire du glucose est : M(C 6 H 12 O 6 )= (12 x 6) (1 x 12) + (16 x 6) = 180 g/mol Les concentrations massiques se calculent par la formule : C massique = C molaire x M a) C m =CxM=2, x180= =0,45 g.l -1 b) C m =CxM=1, x180= =0,18 g.l -1 c) C m =CxM=1, x180= =0,23 g.l -1

4 Exercice 3 : Hydrodistillation de la lavande : Pour extraire l'huile essentielle de la lavande qui contient majoritairement de l acétate de linalyle, on utilise une technique très ancienne : l'hydrodistillation. On introduit dans le ballon 10 g de fleurs de lavande et 100 ml d'eau. On chauffe à ébullition le mélange jusqu'à obtenir environ 60 ml de distillat. Questions : 1 ) Expliquer le principe d'hydrodistillation de l'huile essentielle. 2 ) Quel est l'aspect et le contenu du distillat obtenu? Le distillat ainsi obtenu ne permet pas facilement la récupération de l'huile essentielle pure par simple décantation. Une extraction par solvant permet d'extraire l'huile essentielle en totalité, elle consiste à : 1ère étape : Ajouter 3 g de chlorure de sodium au distillat obtenu et agiter pour dissoudre le sel. 2ème étape : Transvaser la solution obtenue dans une ampoule à décanter et y ajouter 10 ml de cyclohexane. 3ème étape : Agiter l'ampoule à décanter 4ème étape : Laisser reposer. 5ème étape : Recueillir dans un bécher sec la phase organique. 6ème étape : Ajouter dans le bécher du chlorure de calcium ou magnésium anhydre (pour éliminer les dernières traces d'eau) et agiter. 7ème étape : Filtrer la phase organique. eau eau salée cyclohexane acétate de linalyle Densité 1,00 1,1 0,78 0,89 Solubilité dans l'eau nulle faible Solubilité dans l'eau salée nulle très faible Solubilité dans le cyclohexane nulle nulle très soluble

5 Questions : 3). Pourquoi ajoute-t-on du sel au distillat? 4). Pourquoi ajoute-t-on du cyclohexane? 5). Quel est le rôle de la 4ème étape? Comment appelle-t-on cette étape? 6). Quelle phase faut-il recueillir? Correction: 1 ) Expliquer le principe d'hydrodistillation de l'huile essentielle L'hydrodistillation est une technique d'extraction de substances volatiles, comme les huiles essentielles, par entraînement à la vapeur d eau. La condensation des vapeurs à l aide d un réfrigérant à eau permet de récupérer ces espèces aromatiques, après séparation des phases. 2 ) Quel est l'aspect et le contenu du distillat obtenu? Le distillat est constitué de 2 phases insolubles ( liquides non miscibles ) : l huile essentielle de lavande et l eau (hydrolat). L huile essentielle de lavande, moins dense que l eau, se trouvera donc au dessus. 3). Pourquoi ajoute-t-on du sel au distillat? On ajoute du sel au distillat afin de rendre moins soluble dans l eau les composés organiques contenus dans l huile essentielle ( voir tableau ). Cette opération est appelée relargage 4). Pourquoi ajoute-t-on du cyclohexane? On ajoute du cyclohexane car c'est un solvant non miscible à l'eau et dans lequel le composé majoritaire contenu dans l essence, l acétate de linalyle, est très soluble (contrairement à l'eau). L huile essentielle passera en quasi totalité dans le cyclohexane, il en restera très peu dans l eau ( voir tableau ). 5). Quel est le rôle de la 4ème étape? Comment appelle-t-on cette étape? Cette étape s appelle la décantation : cela consiste à séparer les 2 phases (organique et aqueuse) par gravité. 6). Quelle phase faut-il recueillir? Il faut recueillir la phase liquide supérieure ( constituée du cyclohexane ) puisque la densité du cyclohexane ( d = 0,78 ) est plus faible que celle de l eau salée ( d = 1,1 ). NB: la présence de solvant rend l'huile essentielle inutilisable en l'état

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