Aurélie 06/03

Quelques propriétés de l'acide salycilique Amérique Nord 03

6,5 points avec calculatrice

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L'acide salycilique est utilisé dans la synthèse de l'aspirine ; l'acide benzoïque est un conservateur alimentaire.

A étude de la fonction acide :

On se propose à partir de mesures conductimétriques de comparer les acidités de l'acide salicylique et de l'acide benzoïque.

  1. Etude théorique : On dispose d'un volume V d'une solution aqueuse d'un acide HA de concentration c. La transformation mettant en jeu la réaction de l'acide HA avec l'eau n'est pas totale.
    - Ecrire l'équation de la réaction de HA avec l'eau.
    - Dresser le tableau d'avancement du système. Exprimer les concentrations des espèces présentes à l'équilibre en fonction de c et de la concentration en ion oxonium [H3O+]éq. En déduire l'expression du quotient de réaction Qr,éq en fonction de [H3O+]éq. et c.
  2. L'étude de la solution à l'équilibre est effectuée par conductimétrie. Exprimer la conductivité s de la solution HA à l'équilibre en fonction de [H3O+]éq et des conductivités molaires ioniques l des ions présents.
  3. Etude exprérimentale : conductivités molaires ioniques à 25°C en S m² mol-1.
    l1= l ( ion oxonium) = 35 10-3 ; l2= l (ion salicylate)= 3,62 10-3.
    pKa (acide salicylique / ion salicylate) = 3 ; pKa( acide benzoïque/ ion benzoate) = 4,2.
    - On dispose du matériel suivant : bechers de 50, 10 et 250 mL ; éprouvettes graduées de 10, 20, 50 et 100 mL ; fioles jaugées de 50, 100 et 250 mL; pipettes graduées de 10 mL à + ou - 0,1 mL; pipette jaugée de 10 mL à + ou - 0,05 mL; pipeteur.
    On veut préparer une solution S de l'acide HA de concentration c= 10-3 mol/L à partir d'une solution mère S0 de concentration 10-2 mol/L. Comment procède t-on ? Nommer la verrerie utilisée.
  4. Mesures de conductivité : on a effectué un ensemble de mesures de conductivité s pour des solutions d'acide salicylique et d'acide benzoïque de diverses concentrations à 25°C.

    c(mol/L)
    s (Sm-1)
    [H3O+]éq mol/L
    Qr,éq
    -logQr,éq
    ac. salicylique
    10-3
    2,36 10-2
    6,11 10-4
    9,6 10-4
    3,01
    ac. salicylique
    5 10-3
    7,18 10-2



    ac. salicylique
    10 10-3
    10,12 10-2
    2,62 10-3
    9,3 10-4
    3,03
    ac. benzoïque
    10-3
    0,86 10-2
    2,25 10-4
    6,53 10-5
    4,19
    ac. benzoïque
    5 10-3
    2,03 10-2
    5,31 10-4
    6,31 10-5
    4,2
    ac. benzoïque
    10 10-3
    2,86 10-2
    7,47 10-4
    6,03 10-5
    4,22
    - Compléter le tableau. Présenter les calculs sous forme littérale avant d'effectuer les applications numériques.
    - A partir de valeurs de [H3O+]éq comparer le comportement à concentration égale de l'acide salicylique et de l'acide benzoïque en solution dans l'eau.
    - Donner la définition de la constante d'acidité Ka. Expliquer comment les résultats de cette étude expérimentale permettent de retrouver les valeurs respectives des pKa des deux acides.

B Synthèse de l'aspirine :

 

  1. Entourer et nommer les fonctions chimiques présentes dans la formule de l'aspirine.
  2. Le groupement OH de l'acide salicylique se comporte comme une fonction alcool dans la transformation étudiée.
    - Donner les formules semi-développées et les noms des espèces chimiques A et B sachant qu'ils ne contiennent pas d'autres éléments que C, H et O.
    - Nommer cette réaction chimique et citer deux de ses caractéristiques.

     


.
.


corrigé
HA + H2O = A- + H3O+

HA
A-
+ H3O+
initial
c V
0
0
en cours
c V-x
x
x
équilibre
c V-xéq
xéq
xéq
[HA]éq=(c V-xéq) / V ; [A- ]éq=[H3O+]éq=xéq /V;

[HA]éq= c -[H3O+]éq ;

Qr,éq= [A- ]éq*[H3O+]éq / [HA]éq= [H3O+]2éq / (c -[H3O+]éq ) ;

s = l1[H3O+]éq + l2 [A- ]éq = (l1 + l2 )[H3O+]éq ;


facteur de dilution = [solution mère] / [solution fille]= 10

le volume de la pipette doit être 10 fois plus petit que le volume de la fiole jaugée.

prélever 10 mL de la solution mère à l'aide de la pipette jaugée de 10 mL

placer dans une fiole jaugée de 100 mL

compléter jusqu'au trait de jauge à l'aide d'eau distillée.


c(mol/L)
s (Sm-1)
[H3O+]éq mol/L
Qr,éq
-logQr,éq
ac. salicylique
10-3
2,36 10-2
6,11 10-4
9,6 10-4
3,01
ac. salicylique
5 10-3
7,18 10-2
1,86 10-3
1,1 10-3
2,96
ac. salicylique
10 10-3
10,12 10-2
2,62 10-3
9,3 10-4
3,03
ac. benzoïque
10-3
0,86 10-2
2,25 10-4
6,53 10-5
4,19
ac. benzoïque
5 10-3
2,03 10-2
5,31 10-4
6,31 10-5
4,2
ac. benzoïque
10 10-3
2,86 10-2
7,47 10-4
6,03 10-5
4,22
[H3O+]éq = s /(l1 + l2 ) = s /((35+3,62)10-3)=1000 s /38,62 = 25,9 s = 25,9*7,18 10-2 =1,86 mol m-3

[H3O+]éq = 1,86 10-3 mol/L

Qr,éq= [H3O+]2éq / (c -[H3O+]éq ) =(1,86 10-3)2 / (5 10-3 -1,86 10-3) = 3,46 10-3 / 3,14 = 1,1 10-3.

à concentration égale l'acide salicylique est plus ionisé que l'acide benzoïque.

le taux d'avancement final pour l'acide salicylique est supérieur à celui de l'acide benzoïque.

l'acide salicylique, à concentration égale est plus fort que l'acide benzoïque.

La constante d'acidité Ka est la constante de l'équilibre suivant : HA + H2O = A- + H3O+

Ka =[H3O+]éq[A- ]éq /[HA]éq = Qr,éq ;

on trouve ( 3 premières lignes du tableau) pKa voisin de 3 pour l'acide salicylique.

de même à partir des 3 dernières lignes on retouve le pKa de l'acide benzoïque, voisin de 4,2.


-COOH : fonction acide carboxylique

-OCO-CH3 : fonction ester

A : anhydride éthanoïque CH3-CO-O-OC-CH3 ; B : acide éthanoïque CH3-COOH

estérification : réaction rapide, exothermique et totale en présence de l'anhydride éthanoïque.

Il ne se forme pas d'eau, l'ester ne peut pas être hydrolysé.



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