Titrage, arôme de babane : concours kiné Nantes 2010. En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts.

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Titrage. On donne :  couples acide / base : H3O+aq/ H2O (l) pKa1 = 0 ; H2O (l) /HO-aq pKa2 =pKe = 14. On réalise un titrage d'un volume VA d'acide chlorhydrique de concentration apportée CA inconnue placée dans un becher d'environ 250 mL par une solution titrante d'hydroxyde de sodium de concentration apportée CB placée dans une burette graduée de 25 mL. On notera VE le volume versé à l'équivalence. On donne VA = 20,0 mL, CB = 0,100 mol/L. Quel est le but d'un titrage  ? Un titrage permet de déterminer la concentration inconnue d'une espèce chimique en solution. Définir l'état d'équivalence d'un système physico-chimique. A l'équivalence, les quantités de matière des réactifs mis en présence sont en propotions stoechiomètriques. Dans ce cas, avant l'équivalence, l'acide chlorhydrique est en excès dans le becher ; après l'équivalence, l'autre réactif, la soude est en excès. Pour un avancement x inférieur à l'avancement à l'équivalence xE, quel est le réactif limitant ? Avant l'équivalence, l'hydroxyde de sodium est en défaut dans le becher : l'ion hydroxyde est le réactif limitant. Pour un volume V, inférieur à VE, de solution d'hydroxyde de sodium versé, établir l'expression littérale du taux d'avancement t en fonction du pH, Ke, VA, V et CB. H3O+aq + HO-aq =2H2O (l) K=1/([H3O+aq][HO-aq]) =1/ Ke.  [HO-aq] = Ke/ [H3O+aq] = Ke / 10-pH. n(HO-aq) = [HO-aq]  (VA+V) = Ke(VA+V)/ 10-pH. Le tableau suivant est établi à partir du mélange hypothétique  CAVA mol d'acide et  CBVE mol de base.  avancement (mol) H3O+aq + HO-aq =2H2O (l) initial 0 CAVA CBVE solvant en cours x CAVA-x CBVE-xf équivalence xf  CAVA-xéq CBVE-xéq V = 1,25 VE ~0 ( en défaut) 0,25 VECB Taux d'avancement : xf / xmax avec  xmax= CBV. n(HO-aq) =CBV-xf = Ke(VA+V)/ 10-pH ; xf = VCB-Ke(VA+V)/ 10-pH ; xf / xmax  = 1-Ke(VA+V)/ (10-pH CBV) Le graphe indique VE =10,8 mL ; xf / xmax= 1-10-14(0,02+V)/ (10-pH *0,1 V). Calculer la valeur du taux d'avancement pour V = 0,25 VE ; V = 0,5 VE ; V = 0,75 VE. Lecture graphe pH0,25 ~1,9 ;  t0,25 = 1-10-14(0,02+0,0027)/ (10-1,9 *0,1*0,0027) = 1. Lecture graphe pH0,5 ~2 ;  t0,5 = 1-10-14(0,02+0,0054)/ (10-2 *0,1*0,0054)= 1. Lecture graphe pH0,75 ~2,1 ;  t0,75 = [1-10-14(0,02+0,0081)/ (10-2,1 *0,1*0,0081)=1. Que peut-on en déduire sur la transformation chimique ? Pourquoi ? Dans l'hypothèse d'une transformation totale : t = xf / xmax =1 t0,25 =1 ; t0,5 =1 ; t0,75 =1. Dans les calculs précédents nous avons trouvé ces valeurs. La transformation est donc totale. Déterminer les concentrations effectives des espèces chimiques pour V= VE. Justifier. A l'équivalence nous avons une solution de chlorure de sodium de pH=7 ; [H3O+aq]=[HO-aq]= 1,0 10-7mol/L. La solution est électriquement neutre : [Na+aq] = [Cl-aq] =VECB / ( VA+VE ) =10,8 *0,1 / 20,8 =5,2 10-2 mol/L. Déterminer les concentrations effectives des espèces chimiques pour V= 1,25VE. [HO-aq] = 0,25 VECB / ( VA+VE ) =0,25*11*0,1 / 33,5 =8,1 10-3 mol/L. [H3O+aq] = Ke / [HO-aq] = 10-14 / 8,1 10-3 =1,2 10-12 mol/L. [Cl-aq] =VECB / ( VA+V ) =11 *0,1 / 33,5 =3,2 10-2 mol/L. [Na+aq] =VCB / ( VA+V )  =  13,75 *0,1 / 33,5 = 4,0 10-2 mol/L.  Arôme de banane. L'arôme synthétique de banane, appelé encore acétate de butyle, est obtenu à partir de l'acide éthanoïque et du butan-1-ol. Expérimentalement la synthèse au laboratoire nécessite un volume VA = 5,80 mL d'acide carboxylique A et un volume VB = 18,4 mL d'alcool B et quelques gouttes d'acide sulfurique. masse molaire M(g/mol) masse volumique µ (g/mL) température d'ébullition sous pression normale °C solubilité dans l'eau salée pictogrammes A 60 1,05 118,2 importante B 74 0,81 117,7 très faible ester 116 0,87 126,5 très faible acide sulfurique 98 1,80 340,0 importante eau 18 1,00 100,0 importante Etablir l'équation de la réaction qui permet d'obtenir cet arôme. Nommer l'ester formé. CH3-COOH + CH3-CH2-CH2-CH2OH = CH3-COO-CH2-CH2-CH2 -CH3 + H2O. Nom de l'ester : éthanoate ( acétate) de butyle. Citer trois méthodes pour améliorer le rendement final de cette transformation sans modifier la quantité de réactif limitant. Quantités de matière initiales : nA = 5,80 *1,05 / 60 = 0,1015 mol ; nB =18,4 *0,81 / 74 =0,20 mol. ( en excès ) - remplacer l'acide par l'anhydride d'acide - éliminer l'eau ( produit le plus voatil ) par distillation au fur et à mesure qu'elle se forme. - ajouter un réactif ( l'acool) en grand excès. Le rendement théorique est 0,66. Il faudrait préciser " à partir d'un mélange équimolaire". Déterminer la valeur de la constante d'équilibre. K = [CH3-COO-CH2-CH2-CH2 -CH3][H2O] / ([CH3-CH2-CH2-CH2OH][CH3-COOH]) A partir d'un mélange équimolaire, le rendement théorique est 0,66 ~2/3. K = (2/3)2 / (1/3*1/3) =4,0. avancement (mol) CH3-COOH + CH3-CH2-CH2-CH2OH = CH3-COO-CH2-CH2-CH2 -CH3 + H2O initial 0 0,1015 0,20 0 0 en cours x 0,1015-x 0,20-x x x fin xf 0,1015-xf 0,20 -xf xf xf Quelle masse d'ester peut-on obtenir dans l'état final ? K = 4 = xf2 / (0,10-xf)(0,20-xf) ; 4xf2  -1,2xf +0,08  = xf2  ; 3xf2  -1,2xf +0,08  =0 La résolution donne : xf =0,084 mol Masse d'ester = 0,084 *116 = 9,7 g. Que signifie les deux pictogrammes ? Quelles consignes faut-il préconiser lors de leur utilisation ? L'alcool est  nocif et l'acide sulfurique est corrosif : port de blouse, gants, lunette et travail sous hotte. En fin de réaction, l'ensemble est introduit dans une ampoule à décanter en présence d'eau salée pour l'étape de relargage.  Quel est le rôle de l'eau salée ? L'alcool en excès et l'eter sont peu solubles dans l'eau salée ; les acides sont très solubles dans l'eau salée. On peut ainsi séparer une phase organique ( alcool + ester) de la phase aqueuse contenant les acides et l'eau. Schématiser et décrire clairement les différentes phases qui apparaissent dans l'ampoule. Schématiser et décrire clairement les différentes phases qui apparaissent dans l'ampoule. La phase la plus dense, l'eau salée et les acides occupent la partie inférieure. La phase la moins dense, alcool en excès et ester occupent la partie supérieure. On laisse écouler la phase aqueuse en ouvrant le robinet ; on recupète ensuite la phase organique contenant l'ester. Détailler clairement une méthode expérimentale pour recueillir l'arôme. Les température d'ébullition de l'alcool et de lester présente une différence de 9°C. On peut les séparer par distillation fractionnée. L'alcool distille et l'ester reste dans le ballon. Détailler clairement votre méthode expérimentale pour : - identifier l'arôme à l'acétate de butyle - vérifier si l'arôme est pur. Qu'attendez-vous comme observations pour répondre à ces objectifs ? CCM chromatographie sur couche mince en utilsant un révélateur. 1 :  butan-1-ol ( étalon) ; 2 acétate de butyle pur ( étalon) ;  3 : arôme issu de la synthèse. 3 et 2 doivent présenter le même rapport frontal pour une identification. 3 doit présenter une seule tache pour être un produit pur.

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