Candidat : Nom : Prénom : Lycée : Note / 20 : Durée de l'épreuve : 1 h 15 Note : Les questions sont dans une grande majorité indépendantes les unes des autres. I. SYNTHESE D'UN COMPOSE A PARFUM DE PÊCHE OU D'ABRICOT L'ester D est préparé à partir d'un acide carboxylique A et d'un alcool B en présence d'un acide HX qui joue le rôle de catalyseur CH 3 -CH 2 -CH 2 -COO-CH 2 -CH=CH 2 D 1. Donner la formule brute de D. Calculer sa masse molaire. On donne M C = 12 g.mol -1 ; M H = 1 g.mol -1 et M O = 16 g.mol -1. C 7 H 12 O 2 M D = 128 g.mol -1 2. Donner le nom de D. butanoate de prop-2-ényle 3. Donner la formule semi-développée de A et de B. Donner leur nom. CH 3 -CH 2 -CH 2 -CO 2 H CH 2 =CH-CH 2 OH Acide butanoïque prop-2-èn-1-ol A B 1
4. Quel est le nom de la réaction qui donne l'ester D à partir de A et de B en présence de HX? C'est l'estérification. 5. Ecrire l'équation bilan de la réaction. CH 3 -CH 2 -CH 2 -CO 2 H + CH 2 =CH-CH 2 OH = CH 3 -CH 2 -CH 2 -COO-CH 2 -CH=CH 2 + H 2 O 6. On chauffe à reflux, sous la hotte, pendant une heure, un mélange constitué de 10,5 ml de A, 33 g de B et 1,5 ml de HX avec un montage approprié. On donne pour A : d A = 0,954 g.cm -3 et M A = 88 g.mol -1 et pour B : M B = 58 g.mol -1. -Pourquoi chauffer à reflux? Pour augmenter la cinétique de la réaction - Quel est le réactif limitant? Justifier. n A = V A *d A / M A = 10,5*0,954/88 = 0,11 mol. n B = m B / M B = 33/58 = 0,57 mol. A est le réactif limitant. - Quels sont les intérêts d'avoir un réactif en excès? - Augmenter la vitesse de réaction de formation de D. - Déplacer l'équilibre vers la formation de D. - Quelle autre méthode pourrait-on utiliser pour favoriser la formation de l'ester D? Eliminer l'eau au fur et à mesure qu'elle se forme. 7. Après avoir refroidi le milieu réactionnel, on le place dans une fiole jaugée de 50,0 ml. On rince avec un peu d'eau distillée le dispositif qui a servi à la réaction. On le rajoute au contenu de la fiole jaugée et on complète avec de l'eau distillée. On prélève 5,0 ml de la fiole jaugée avec une pipette jaugée. On les place dans un becher contenant une électrode de ph. On dose le mélange avec une solution de NaOH à 0,60 mol.l -1. L'acide HX présent comme catalyseur est un acide fort. L'acide carboxylique A a un pk A de 4,9. Voir l'annexe 1. 2
- Déterminer à quels acides correspondent chaque saut de ph. Saut 1 acide HX Saut 2 acide A - Calculer le nombre de moles d'acide carboxylique A n'ayant pas réagi dans l'échantillon de 5 ml. V éq1 = 5,8 ml et V éq2 = 9,6 ml n ' A = (V éq2 - V éq1 ).C A = (9,6-5,8).10-3 *0,6 = 2,3.10-3 mol. - Déterminer le nombre de moles total d'acide carboxylique n'ayant pas réagi. n A = 2,3.10-2 mol. - Déterminer le rendement théorique de la réaction de formation de l'ester D. n A, réagi = n A, initial - n A, restant n A, réagi = 8,7.10-2 mol. Rendement = 8,7.10-2 / 0,11 = 79 % 8. On recommence la même opération : on prélève 5,0 ml de la fiole jaugée avec une pipette jaugée. On les place dans un becher puis on rajoute 100 ml d'eau distillée. Le dosage est cette fois-ci suivi par conductimétrie. La conductivité est tracée en fonction du volume de soude ajouté. Voir l'annexe 2. - Les résultats sont-ils concordants avec le dosage ph-métrique? oui, on trouve les mêmes V éq. - Expliquer l'évolution de la conductivité de la portion de droite 1. H + aq + OH - aq = H 2 O H + aq disparaît au profit de Na + or comme λ 0 Na+ < λ 0 H+ on a σ qui diminue. - Même chose pour la portion 2. AH aq + OH - aq = A - aq + H 2 O A - aq apparaît et Na + s'accumule d'où σ augmente. 3
- Même chose pour la portion 3. OH - aq est en excès d'où σ augmente beaucoup et λ 0 OH- > λ 0 A-. 9. Lorsque l'on traite le mélange réactionnel, on obtient 10,6 g d'ester D purifié, en tenant compte des deux dosages précédents. - Donner le rendement de la réaction. Rendement = 10,6/128/0,11 = 75 % - Le comparer avec le rendement théorique. Conclure. Il est un peu plus bas à cause des pertes lors de la purification de D. II. ETUDE DE TENSIO-ACTIFS II.1. LE SDS On étudie dans cette partie le dodécylsulfate de sodium noté SDS : CH 3 (CH 2 ) 11 SO 3 - Na +. 10. Donner la définition d'un tensio-actif. Ce sont des molécules qui sont solubles dans 2 solvants non miscibles. 11. Quelle est l'utilité d'un tensio-actif? Il permet de solubiliser un composé aqueux dans un solvant organique ou un composé organique dans un solvant aqueux. 12. Justifier les propriétés tensio-actives du SDS. CH 3 -(CH 2 ) 11 -SO - 3 Na + Tête polaire (hydrophile) Longue chaîne apolaire (lipophile) 4
13. Expliquer en quoi consiste une micelle. C'est une agrégation de molécules tensio-actives. 14. Dessiner la disposition des molécules de SDS lorsqu'elles forment une micelle dans l'eau. Chaîne apolaire Tête polaire 15. Même chose dans un solvant organique. 16. La formation des micelles n'est possible que si la concentration en ions dodécylsulfates est suffisamment élevée. La concentration micellaire critique (CMC) est la concentration limite au delà de laquelle les micelles existent. Lorsque la concentration en SDS est inférieure à la CMC, les ions dodécylsulfates et les ions sodium sont libres en solution. Lorsque l'on mesure la conductivité de solutions de SDS en fonction de la concentration en SDS, on obtient la courbe en annexe 3. - Déterminer la CMC. 7,7 mmol.l -1. - Justifier la portion de courbe 1. Lorsque [C 12 H 25 SO 3 - ] et[na + ] augmentent on a σ qui augmente. 5
- Justifier la portion de courbe 2. [C 12 H 25 SO - 3 ] libre est constante et λ 0 micelle < λ 0 C12H25SO3- (car les micelles sont grosses et se déplacent difficilement) donc σ augmente moins vite. II.2. LES SAVONS Les savons sont un mélange de carboxylates de sodium ou de potassium. 17. Comment sont obtenus les savons? Ils sont obtenus par saponification d'esters gras. 18. Expliquer l'action détergeante des savons. Ils forment des micelles dans l'eau qui emprisonnent les salissures. 19. En présence d'ions calcium, l'action détergeante des savons est inhibée car les carboxylates donnent un précipité avec les ions calcium. Donner la définition d'un précipité. Un précipité est un solide peu soluble dans l'eau, généralement obtenu par réaction entre un anion et un cation. 20. Les lessives ne sont donc pas utilisables avec une eau dure. La dureté d'une eau est donnée par la concentration en ions Mg 2+ et Ca 2+ exprimée en mmol.l -1. En France, cette dureté est exprimée en degré hydrodimétrique français, noté D et exprimé en TH. Par définition D( TH) = 10.C si C est en mmol.l -1. En regardant l'emballage de lessives ou de produits "anti-calcaires" on trouve : Eau peu dure dureté <20 TH Eau dure dureté de 20 à 35 TH Eau très dure dureté >35 TH La dureté d une eau est déterminée par dosage avec une solution d EDTA (noté Y 4- ) en présence de noir ériochrome T. - Quelle est l action des produits "anti-calcaire"? Ils complexent préférentiellement les ions Ca 2+ ou Mg 2+. 6
- Ecrire les équations de la réaction de titrage. Ca 2+ + Y 4- = CaY 2-. Mg 2+ + Y 4- = MgY 2-. - Quel est le type de dosage utilisé ici? C'est un dosage complexométrique. - Quel est le rôle du noir ériochrome T? C'est un indicateur de fin de réaction. 21. On utilise une solution d EDTA à 2,0.10-3 mol.l -1 en présence de noir ériochrome T. On dose 10,0 ml d une eau inconnue à laquelle on a rajouté 20 ml de solution tampon à ph = 10. On trouve V E = 15,0 ml. - Déterminer la concentration en ions calcium et magnésium de l eau. C = 2,0.10-3 *15/10 = 3,0.10-3 mol.l -1 = 3,0 mmol.l -1. 22. En déduire la dureté de l eau. D = 30 TH. C'est une eau dure. 7
ANNEXE 1 ANNEXE ph en fonction du volume de soude versé Saut 2 Saut 1 ANNEXE 2 Conductivité en fonction du volume de soude versé (échelle arbitraire) 3 1 2 8
ANNEXE 3 Conductivité en fonction de la concentration en SDS (échelle arbitraire) 2 1 9