TS Devoir surveillé N 3 Vendredi 06/01/17 Nom et Prénom :.. Exercice : Ça fait du bien, là où ça fait mal! Document 1 Médicament créé en 1925 par M. Roger, pharmacien à Orléans, le Synthol est une solution alcoolisée utilisée en application locale pour calmer les douleurs, décongestionner et désinfecter. La notice donne la composition du médicament : Pour 100 g de solution, la composition en substance active est : Levomenthol 0,2600 g Vératrole 0,2600 g Résorcinol 0,0210 g cide salicylique 0,0105 g Les autres composants sont l huile essentielle de géranium, l huile essentielle de cédrat, le jaune de quinoléine (E104). Toutes les espèces chimiques présentes dans le Synthol sont solubilisées dans un solvant à base d éthanol à 96% et d eau purifiée (titre alcoolique 34,5% en volume). Formule brute de l acide salicylique : C 7 H 6 O 3 Document 2 Masse molaire de l acide salicylique : M(C 7 H 6 O 3 ) = 138 g.mol 1 Masse volumique de la solution pharmaceutique : ρ = 0,950 g.ml 1 pk du couple acide/base de l acide salicylique : pk = 3 On admet que l acide salicylique est le seul composé acide dans la solution pharmaceutique. Document 3 près une étude de quelques composés du Synthol, on vérifiera par un dosage la teneur en acide salicylique de la solution commerciale. Les deux parties sont indépendantes.
I - Quelques composés du Synthol 1/ On veut identifier les formules de l acide salicylique, du résorcinol et du vératrole qui entrent dans la composition du Synthol. a/ Sachant que l acide salicylique est un acide carboxylique et que le résorcinol possède deux groupements hydroxyle, identifier les trois molécules en leur attribuant leur numéro. OH 1,5 OCH 3 CO 2 H OCH 3 OH OH molécule N 1 molécule N 2 molécule N 3 b/ ssocier, en justifiant, les spectres RMN suivant à chacune des molécules. Spectre 1 Spectre 2 3 Spectre 3
2/ Étude de l acidité d une solution d acide salicylique On introduit une quantité de matière n 0 = 7,20 10 4 mol de l acide salicylique (C 7 H 6 O 3 ) dans un volume V 0 = 100,0 ml d eau distillée de façon à obtenir une solution de concentration C 0. près agitation la valeur du ph mesuré est 2,6. a/ Définir un acide et une base dans la théorie de Brönsted. b/ Écrire l équation de la réaction de l acide avec l eau. c/ Déterminer la concentration des ions oxonium présents dans la solution. d/ Démontrer si la transformation est totale ou limitée? L acide salicylique est un acide faible ou un acide fort? e/ Etablir le diagramme de prédominance et en déduire l espèce prédominante à ph = 2,6. 0,75 1 0,75 II - Dosage de l acide salicylique dans le Synthol 1/ Calcul de la concentration de l acide salicylique dans la solution pharmaceutique. À l aide des informations fournies sur la notice et des données ci-dessus, calculer la quantité de matière d acide salicylique contenu dans un volume V = 100,0 ml de Synthol. Vérifier que sa concentration est C = 7,23 10 4 mol.l 1. 2 2/ Préparation du Titrage Pour vérifier cette valeur, on souhaite effectuer un titrage acido-basique avec une solution d hydroxyde de sodium (Na + + HO ). Le volume de Synthol dosé est V = 100,0 ml. On admet que les calculs de concentration se conduisent pour la solution pharmaceutique de la même manière qu en solution aqueuse. a/ Ecrire l équation de la réaction de titrage. b/ Quelles sont les conditions nécessaires pour qu une transformation chimique serve de support pour un titrage? c/ Faire un schéma légendé du montage. d/ près avoir donné la définition de l équivalence, écrire la relation entre la quantité de matière d acide salicylique n i (C 7 H 6 O 3 ) et la quantité de matière d ions hydroxyde n(ho ), qui permet d atteindre cette équivalence. e/ On souhaite obtenir un volume équivalent V BE compris entre 5,0 ml et 20,0 ml. Donner un encadrement de la concentration de la solution d hydroxyde de sodium à utiliser. 1 1 1 f/ u laboratoire on ne dispose que d une solution S 0 d hydroxyde de sodium c 0 = 1,0 10 1 mol.l 1. En justifiant, décrire le protocole pour fabriquer à partir de S 0, un volume de 50,0 ml d une solution de concentration c B = 1,0 10 2 mol.l 1. On précisera la verrerie utilisée. 0,75 3/ Titrage colorimétrique Grâce à un logiciel de simulation, on détermine que le ph à l équivalence lors du dosage est d environ 7. Choisir, en le justifiant, l indicateur coloré approprié pour le dosage, dans la liste ci-dessous. Nom de l indicateur coloré Teinte acide Zone de virage Teinte basique hélianthine rouge 3,1 4,4 jaune bleu de bromothymol jaune 6,0 7,6 bleu phénolphtaléine incolore 8,2 10,0 rose Quel composé, entrant dans la composition du Synthol, peut empêcher de bien observer le changement de couleur de l indicateur coloré? Justifier.
4/ Titrage ph-mètrique On réalise le dosage phmétrique de 150 ml de solution de Synthol avec une solution d hydroxyde de sodium de concentration C B = 1,00 10 2 mol.l 1. On mesure le ph et on obtient la courbe suivante. Figure 1 : courbe d évolution du ph en fonction du volume d hydroxyde de sodium ajouté a/ Déterminer la valeur du volume équivalent V E par la méthode des tangentes. (on fera apparaitre les tracés sur le graphe). b/ Calculer la concentration en acide salicylique C 1 de la solution dosée. 0,75 c/ Les électrodes ph-métriques utilisées en terminale sont adaptées uniquement à des mesures en solution aqueuse. D après le texte introductif, quelle espèce chimique présente en quantité relativement importante dans le Synthol ne permet pas de recommander un dosage ph-métrique?
5/ Titrage conductimétrique On ajoute progressivement au volume V = 100 ml de Synthol, à l aide d une burette graduée, une solution d hydroxyde de sodium (Na + + HO ) de concentration C B = 1,00 10 2 mol.l 1. On mesure la conductivité et on obtient la courbe ci-dessous. Le volume de solution dosée étant grand devant l ajout de solution titrante, on peut considérer le volume de solution dans le bécher constant. Figure 2 : Courbe d évolution de la conductivité de la solution au cours du dosage a/ Expliquer la variation de la conductivité après l équivalence. b/ Dans les conditions de l expérience, on observe que les deux portions de courbe (avant et après l équivalence) ne sont pas rectilignes. Pour déterminer le volume versé à l équivalence, on utilise alors les tangentes aux portions de courbe dans la zone proche de l équivalence. Déterminer graphiquement le volume V BE d hydroxyde de sodium versé à l équivalence. c/ Calculer la concentration en acide salicylique C 2 de la solution dosée. d/ Déterminer l incertitude relative r de la concentration en acide salicylique dont la valeur est donnée par la relation : r = C C 2 C. e/ Généralement, on considère que la valeur est de bonne qualité si r 0,01. Interpréter l écart éventuellement obtenu.
Correction du devoir surveillé n 3 I. Quelques composés du Synthol I.1. a/ La molécule n 2 contient un groupe hydroxyle OH et un groupe carboxyle CO 2 H caractéristique des acides carboxyliques. C est l acide salicylique. La molécule n 3 contient deux groupements hydroxyle : c est le résorcinol. La molécule n 1 ne possède ni groupement carboxyle, ni groupements hydroxyle. C est le vératrole. b/ spectre 1 : acide salicylique spectre 2 : résorcinol spectre 3 : vératrole I.2.a/ I.2.b/ acide espèce capable de céder un proton ; base espèce capable de capter un proton H (aq) + H 2 O (l) = (aq) + H 3 O + (aq) I.2.c/ [H 3 O + ] final = 10 -ph = 2,5 10 3 mol.l -1 I.2.d/ n(h 3 O + ) max = n(h) initial = n 0 donc [H 3 O + ] max = n 0 / V 0 = 7,2 10 3 mol.l -1 La transformation n est pas totale mais limitée, l acide salicylique est un acide faible. I.2.e/ à ph = 2,6, c est l acide H qui prédomine.
II. Dosage de l acide salicylique dans le Synthol II.1. On dispose d un volume V = 100,0 ml de solution, or = m, ainsi la masse m de la solution est m sol =.V. V D après la notice : pour 100 g de solution on a m 0 = 0,0105 g d acide salicylique, pour m sol g de solution on a m soit m 0.m sol = 100 m m = m0.. V 100 m = 0, 0105 0, 950 100, 0 = 9,98 10 3 g 100 3 n = m soit n = 9, 98 10 = 7,23 10 5 mol M 138 c = n V d où c = 7, 23 10 0, 1000 5 = 7,23 10 4 mol.l -1 comme indiqué dans l énoncé. II.2.a/ C 7 H 6 O 3 + HO C 7 H 5 O 3 + H 2 O II.2.b/ Une transformation chimique support de titrage doit être totale et rapide. II.2.c/ Voir cours. II.2.d/ À l équivalence il y a changement de réactif limitant, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. Les coefficients stœchiométriques de la réaction sont de 1 : à l équivalence n i (C 7 H 6 O 3 ) = n(ho ) versé II.2.e/ n(ho ) versé = c B.V BE = n i (C 7 H 6 O 3 ) = n 5,0 ml < V BE < 20, 0 ml 5,0 ml < n < 20,0 ml 1 c c 3 20, 0 10 n 7, 23 10 20, 0 10 5 3 B < c B < 7, 23 10 5, 0 10 5 3 < B < 1 5, 0 10 3 soit 3,61 10 3 mol.l -1 < c B < 1,4 10 2 mol.l -1 II.2.f/ On désire effectuer une dilution : Solution mère : c 0 = 1,0 10-1 mol.l -1 Solution fille : c B = 1,0 10-2 mol.l -1 V 0 V B = 50,0 ml u cours d une dilution, la quantité de matière de soluté ne change pas : n (mère) = n (fille) soit c 0.V 0 = c B.V B d où V 0 = cb. V 2 B V 0 = 1, 0 10 50, 0 1 c0 1, 0 10 = 5,0 ml On prélève, à l aide d une pipette jaugée de 5,0 ml, un volume V 0 = 5,0 ml de la solution mère que l on verse dans une fiole jaugée de 50,0 ml. On ajoute de l eau distillée et on agite la solution obtenue. On complète ensuite jusqu au trait de jauge. II.3. La zone de virage de l indicateur coloré doit contenir la valeur du ph à l équivalence. Le bleu de bromothymol convient (6,0 < 7 < 7,6). Dans la composition du Synthol, on trouve un produit coloré : le jaune de quinoléine (E104) qui risque de perturber le changement de couleur de la solution. À l équivalence, le passage de la coloration jaune à bleu risque d être plus délicat à repérer. II.4.a/ On utilise la méthode des tangentes. On trouve V E = 7,5 ml.
II.4.b/ La concentration en acide salicylique s obtient par : n B(versé) = n (ini) soit c B x V E = C 1 x V D où C 1 = c B x V E / V = 5,0 x 10-4 mol.l -1. II.4.c/ La solution de Synthol n est pas aqueuse. La présence de l éthanol (présent à 34,5% en volume pour solubiliser les espèces chimiques) ne permet pas de recommander un titrage ph-métrique. II.5.a/ La conductivité d une solution est proportionnelle à la concentration des ions présents. Or après l équivalence, les ions hydroxyde versés ne réagissent plus avec l acide entièrement consommé. Ils s accumulent dans le mélange réactionnel, tout comme les cations sodium. Ces ions sont responsables de l augmentation de la conductivité. II.5.b/ V BE = 7,0 ml V BE 5.c/ À l équivalence la quantité de soude versée est égale à la quantité d acide présente : n = n B = c B.V BE soit c 2 = n V c 2 = c B.V V BE c 2 = 7,0 10 4 mol.l -1 5.d/ Incertitude relative r = 0,032 > 0,0 1 (soit environ 3% d écart) 5.e/ L écart peut être du à la manipulation : mauvais ajustement des niveaux lors du pipetage de la solution mesure du volume équivalent V E à la burette, imprécisions de la méthode graphique lors de la détermination du volume équivalent V E