Aurélie 31  /03/11
 

 

 Concours kiné Assas 2011 : L'eau de Javel ; étude d'un monoalcool.




Etude de l'eau de Javel.
C'est une solution d'hypochlorite de sodium NaClO qui peut être obtenue par barbotage de dichlore gazeux dans une solution aqueuse de soude en excès.

Donner l'équation chimique modèlisant la réaction entre le dichlore et la soude.
Cl2(g) +2Na+aq +2HO-aq = 2Na+aq +ClO-aq +Cl-aq +H2O(l).
On appelle degré chlorométrique (°Chl ) d'une eau de Javel le volume en litre de dichlore gazeux, mesuré dans les conditions normales de température et de pression nécessaire pour obtenir  un litre d'eau de Javel.
On dispose d'un berlingot de 250 mL d'eau de Javel du commerce  (S1), dont la préparation a nécessité 0,536 mol de dichlore gazeux.
Quel est le degré chlorométrique de cette eau de Javel ?
V = 4*0,536 =2,144 mol de dichlore dans 1 L de Javel ; le volume molaire des gaz dans les CNTP vaut Vm = 22,4 L mol-1.
Volume de dichlore : V = n Vm = 2,144*22,4 =48,0 L soit 48 °Chl.
Le dichlore est obtenu par électrolyse d'une solution  aqueuse de chlorure de sodium en milieu basique.
Ecrire la demi-équation électronique correspondant à la synthèse du dichlore.
2Cl-aq = Cl2(g) + 2e-.
  A quelle électrode le dégagement de dichlore a-t-il lieu ? Quelle est le nom de cette réaction ?
Les ions chlorures s'oxydent en dichlore. L'oxydation se produit à l'anode positive.



Quelle sera la durée de l'électrolyse ( en minutes) permettant de fabriquer la quantité de dichlore nécessaire à la formation de 1,00 L de la solution S1, si l'intensité constante du courant électrique est I =18,0 A ?
Quantité de matière d'électrons (ne-)= 2 quantité de matière de dichlore = 2*2,144 = 4,288 mol.
Quantité d'électricité : Q = n(e-) F = I T ; t = n(e-) F / I.
t = 4,288 *96500 / 18 ~23 000 s ou 383 min.

 

L'ion hypochlorite est un oxydant puissant réagissant avec l'eau en milieu basique.
Donner les demi-équations électroniques intervenant dans cette réaction et son équation chimique.
Réduction : 2 fois { ClO-aq +H2O(l) +2e- =  Cl-aq +2HO-aq }.
Oxydation :
4HO-aq = O2(g) +4e- +2H2O(l).
Additionner et simplifier :
2ClO-aq  =  2Cl-aq +O2(g).
Cette réaction lente sera notée (1).
Pour étudier la cinétique de la réaction (1), on prépare une solution diluée ( S2) de volume égal à 100 mL à partir de 25,0 mL de la solution (S1).
Quel est le facteur de dilution ?
F = 100 / 25 = 4,00.
La solution S2 est introduite dans un ballonn hermétique de volume V = 1,20 L. La pression initiale à l'intérieur du ballon clos est P0 = 1,00 105 Pa, la température  y est égale à 290 K.
On mesure la variation de pression DP résultant du dégagement gazeux produit par la réaction (1). On néglige le volume de la solution devant le volume gazeux.
Donner l'expression numérique de l'avancement x(mol) en fonction de DP.
L'avancement x est égal à la quantité de matière de dioxygène formé. Ce gaz étant supposé parfait :
x = n(O2) = DP V / (RT).
La différence de pression finale observée est 40,0 103 Pa.
Quel est l'avancement final xf ? Conclure.
xf =
40,0 103 *1,2 10-3 / (8,31 *290) =1,99 10-2 mol.
Calcul de xmax :
Concentration [ClO-aq] dans S1 : 2,144 mol/L
Tenir compte du facteur de dilution pour trouver la concentration de l'ion hypochlorite dans S2 : 2,144 / 4 = 0,536 mol/L
soit une quantité de matière  n(ClO-aq) = 0,536 * 0,100 = 5,36 10-2 mol.
Or n(O2(g)) = ½ n(ClO-aq) =2,68 10-2 mol.
xmax = 2,68 10-2 mol.
Taux d'avancement final t = xf   / xmax = 1,99 / 2,68 =0,743.
Cette valeur étant inférieure à 1, la réaction (1) est limitée.





Etude d'un monoalcool.
Un monoalcool primaire saturé A contient 18,2 % en masse d'oxygène.
Quelles sont sa formule brute et sa masse molaire moléculaire ?
CnH2n+2O ; M = 12 n +2 n +2 +16 = 14 n +18 g/mol.
% massique d'oxygène : 16/M *100 = 18,2 ; 16 =0,182M = 0,182(
14 n +18) ;
16= 2,548 n + 3,276 ; n = (16-3,276) / 2,548 = 5 ( C5H12O ; M = 88 g/mol ).
L'action à chaud de HCl sur  une solution de A conduit à un composé, halogéné B. Par ailleurs, on constate que A est ramifié et possède un atome de carbone asymétrique.
Quels sont la formule topologique et le nom de A ? Même question pour B.

On chauffe A en présence d'acide sulfurique concentré et on obtient un composé C qui décolore une solution de dibrome.
Quelle est la nature de la réaction observée ? Ecrire l'équation chimique modélisant cette réaction. Nommer le composé C et donner sa formule topologique.
Le test avec le dibrome indique la présence d'un alcène. L'alcool A est donc déshydraté ( déshydratation d'un alcool ).








En milieu acide, l'action d'une solution de dichromate de potassium en défaut sur A conduit à un composé E qui réagit avec la liqueur de Fehling.
Quel groupe fonctionnel est-il mis en évidence. Ecrire l'équation chimique de la réaction observée entre A et le dichromate de potassium. Nommer E.

Le test positif à la liqueur de Fehling indique la présence d'un aldehyde
E est le 2-méthylbutanal.
L'alcool A est écrit :
R-CH2OH.

Réduction de l'ion dichromate : Cr2O72- +14 H+ +6e- =2 Cr3+ + 7H2O.(1)
Oxydation de l'alcool : R-CH2OH  = R CHO +2 H+ +2e- (2)
1 fois (1) + 3 fois (2) donne :
Cr2O72- +14 H+ +6e- +3R-CH2OH  =2 Cr3+ + 7 H2O+ 3R-CHO +6 H+ +6e-

Cr2O72- +8 H+ +3R-CH2OH = 2 Cr3+ + 7 H2O+ 3 RCHO. (3)
En milieu acide, l'action d'une solution de dichromate de potassium en excès sur A conduit à un composé F.
Donner l'équation chimique modélisant cette action et nommer F.
F est l'acide 2-méthylbutanoïque.

Réduction de l'ion dichromate : Cr2O72- +14 H+ +6e- =2 Cr3+ + 7H2O.(1)
Oxydation de l'alcool : R-CH2OH  +H2O= R COOH +4 H+ +4e- (4)
2 fois (1) + 3 fois (4) donne :
2Cr2O72- +28 H+ +12e- +3R-CH2OH  +3H2O = 4 Cr3+ + 14 H2O+ 3R-COOH +12 H+ +12e-

2Cr2O72- +16 H+ +3R-CH2OH = 4 Cr3+ + 11 H2O+ 3 RCOOH. (5)
Sachant que l'oxydation totale de 6,00 mL  d'une solution de A en F nécessite 10,0 mL s'une solution de dichromate  de potassium à la concentration apportée de 0,100 mol/L,
calculer la masse d'alcool A contenue dans  les 6,00 mL de solution.
n(Cr
2O72-) = 10,0 10-3 *0,100 =1,00 10-3 mol.
Or, d'après (5) : n(A) = 1,5
n(Cr2O72-) =1,50 10-3 mol.
m(A) = n(A) *M =
1,50 10-3 *88 =0,132 g.









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