Epreuve Régionale des Olympiades de la chimie 00 Académie de Nantes (Lycée Clemenceau, Nantes) EPREUVE PRATIQUE QUESTIONS-REPONSES Durée de l épreuve : h NOM : PRENOM : ELEVE EN CLASSE DE TERMINALE : DU LYCEE : NOTES IMPORTANTES - Penser à consigner les valeurs numériques expérimentales sur cette feuille à l emplacement prévu - Tout calcul donné sans unité sera considéré comme faux
I. L éthanol : des vignes aux moteurs de véhicules Produit éthanol Couples redox mis en jeux Caractéristiques physico-chimiques - Masse molaire : M = 46 g.mol - - Masse volumique : µ = 0,79 g.ml - - Acide éthanoïque / Ethanol : CH-COOH/ CH-CH-OH - Ion dichromate / Ion chrome III : Cr O 7 - (orange)/cr + (vert) - Ion fer III / Ion fer II : Fe + (rouille)/ Fe + (verdâtre) PARTIE A : La distillation. Comment prélever le vin? Pourquoi? Barème Note élève Il faut prélever le vin avec une assez grande précision. On prendra donc une pipette jaugée de 5,0 ml. Quel est le rôle du support élévateur? Le support élévateur permet de désolidariser rapidement le chauffe-ballon du reste du Montage. Ainsi on peut stopper rapidement le chauffage du ballon.. Quel est le rôle du réfrigérant? Le réfrigérant permet de condenser ou liquéfier les vapeurs produites. 4. Légende du montage de distillation fractionnée chauffe-ballon mélange eau-éthanol colonne de Vigreux thermomètre entrée et sortie d eau réfrigérant éprouvette graduée distillat PARTIE B : Oxydation de l éthanol 5. Ecrire l équation de la réaction d oxydoréduction entre les ions dichromate et l éthanol. - Cr O 7 (aq) + 4 H + (aq) + 6 e - = Cr + (aq) + 7 H O (x) C H 5 OH (aq) + H O = CH COOH (aq) + 4 H + (aq) + 4 e - (x) ----------------------------------------------------------------------------------- - Cr O 7 (aq) + 6 H + (aq) + C H 5 OH (aq) = 4 Cr + (aq) + CH COOH (aq) + H O
6. Quel est le rôle de l acide sulfurique? L acide sulfurique apporte les ions oxonium nécessaires à la réaction d oxydoréduction. 7. Comment prélever la solution S et la solution de dichromate de potassium? Ces prélèvements doivent être effectués avec précision. Il faut donc utiliser des pipettes jaugées. 8. Pourquoi faut-il attendre 0 minutes? Cette réaction d oxydoréduction est une réaction lente puisqu il a oxydation de l éthanol en éthanal puis oxydation de l éthanal en acide éthanoïque. 9. D après la couleur de la solution, peut-on affirmer que les ions dichromate ont été introduits en excès? Pourquoi? Après 0 minutes, la solution garde une coloration orangée par conséquent il reste des ions dichromate. 0. Quel est le rôle de la solution de diphénylamine-4-sulfonate de baryum (DPASB)? La solution de DPASB joue le rôle d indicateur de fin de dosage : elle donne une coloration «vert canard» à l équivalence. En vous aidant éventuellement d'un tableau d'avancement, montrer que la relation entre la quantité n d'éthanol oxydé et la quantité n(cr O 7 ) restant d'ions dichromate restant après cette oxydation est : n(cr O 7 ) restant = C V n. Cr O 7 est en excès donc l'éthanol est le réactif limitant, il est totalement consommé. On a n x max = 0 donc x max = n' et n(cr O 7 - ) i x max = n(cr O 7 - ) restant on a alors n(cr O 7 - ) restant = C V x max = C V n PARTIE C : Dosage des ions dichromate en l excès. Ecrire l équation de la réaction d oxydoréduction entre les ions dichromate en excès et les ions Fe + - Cr O 7 (aq) + 4 H + (aq) + 6 e - = Cr + (aq) + 7 H O Fe + (aq) = Fe + (aq) + e - (x6) ------------------------------------------------------------------- - Cr O 7 (aq) + 4 H + (aq) + 6 Fe + (aq) = Cr + (aq) + 7 H O+ 6 Fe + (aq)
. A-t-on réalisé un dosage direct ou indirect de l éthanol? On a réalisé un dosage indirect car c est l excès d ions dichromate qui est dosé. 4. En vous aidant éventuellement d'un tableau d'avancement, montrer qu à l équivalence : n = C V 4 C V E. A l équivalence, les réactifs sont introduits dans les proportions stœchiométriques donc : n(cr O 7 - ) restant = C V n = d où n = C V 4 C V E 5. Valeur du volume à l équivalence V E V E = 0, ml 6. Calculer quantité de matière d éthanol n n = 0,00 0,0.0-4 0,500 0,.0 - n =,5.0-4 mol 7. Déterminer n la quantité de matière d éthanol dans la solution S n = 00 n n = 4,50.0 - mol 8. Déterminer n 0 la quantité de matière d éthanol dans les 5 ml de vin prélevés pour la distillation. En supposant que la totalité de l éthanol a été extrait. n 0 = n 9. Vérification du degré alcoolique du vin dosé. Définition : Le degré alcoolique d une boisson alcoolisée correspond au volume d éthanol pur en ml présent dans 00 ml de la boisson. a) Déterminer n la quantité de matière d éthanol dans 00 ml de vin n = 4 n 0 4
b) Déterminer m la masse d éthanol dans 00 ml de vin m = n M d où m = 4 n 0 M m = 4 4,50.0-46 m = 8,8 g c) Déterminer V le volume d éthanol en ml, puis le degré alcoolique d du vin dosé. V = donc V= 8,8 / 079 soit V = 0,5 ml par conséquent le degré alcoolique de ce vin est d = 0,5 TOTAL I 0 II. Synthèse de l'acide salicylique à partir d'une huile essentielle Produits Salicylate de méthyle Acide salicylique Données physico-chimiques M = 5, g.mol - ; T eb = 0-4 C ; Pureté = 98 % Masse volumique : =,74 kg.l - Très peu soluble dans l'eau (0,69 g.l - à 0 C) M ac = 8, g.mol - ; T F = 59 C ; pka = Peu soluble dans l'eau ( g L - à 0 C) ; Très soluble dans l'eau à 00 C Partie A : Synthèse de l'acide salicylique à partir d'une huile essentielle (acide salicylique brut). Nommer les deux fonctions chimiques présentes dans la molécule d aspirine fonction acide carboxylique fonction ester. Noter l apparence du contenu du ballon lors de la synthèse Mélange homogène, une seule phase. Calculer la quantité de matière n de salicylate de méthyle introduite A.N. 4. Calculer la quantité de matière n de soude introduite. A.N. 5. Quel est le réactif limitant? Justifier la réponse. le réactif limitant est donc le salicylate de méthyle 5
Partie B : Purification de l'acide salicylique par recristallisation 6. Quelle est l apparence du contenu du ballon au cours de la recristallisation? Justifier. Mélange homogène. En effet l acide salicylique est très soluble à chaud dans l eau, il s est donc dissous. 7. Donner l apparence du contenu du bécher lors de la recristallisation. Les cristaux d acide salicylique apparaissent progressivement au fur et à mesure que la température diminue car sa solubilité diminue également. 8. Pourquoi amener le ph aux environs de Il faut se placer à une valeur de ph inférieure à la valeur du pka de l acide salicylique 9. Pourquoi convient-il de «casser le vide» pendant le rinçage? Pour réaliser un lavage efficace sur le Büchner, il faut un temps de contact suffisant entre le solide à laver et l eau. Sans casser le vide, cela n est pas possible 0. Calculer la valeur de la masse théorique d acide salicylique qui devrait être obtenu. = A.N.. Masse m de la capsule à vide Pas de point. Pourquoi est-il suffisant de porter l étuve à une température de 80 C? Pour éliminer progressivement l eau contenue dans l acide salicylique. Définir le rendement de votre synthèse et si votre produit synthétisé a eu le temps de sécher, le calculer. Le rendement est définit par : Masse expérimentale d acide salicylique : mexp =,5 g Rendement aux alentours de 80-85 % 6
Partie C : Analyse par chromatographie sur couche mince (CCM) 4. Commenter la CCM Après élution, on constate que le dépôt du produit synthétisé ne donne qu une seule tache. On en déduit donc que ce produit est pur. De plus cette tache a migré au même niveau que celle correspondant au dépôt témoin d acide salicylique. Par conséquent le produit synthétisé est bien de l acide salicylique. 5. Par quelle autre méthode auriez-vous pu vérifier la pureté du produit synthétisé? Déterminer à l aide du banc de Koffler, le point de fusion (température de fusion) de l acide salicylique synthétisé TOTAL II 0 TOTAL GÉNÉRAL (I +II) 50 7