Aurélie 17/03/12
 

 

    Dilution, synthèse d'un ester, QCM acide base : concours Technicien chimiste Marne la Vallée 2011.




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Parmi les précautions énumérées ci-dessous, quelles sont celles que vous devez prendre pour préparer une solution de concentration 1M à partir d'acide sulfurique 98 % ?
Vous mettez un masque. Vous travaillez sous une sorbone.
Vous versez d'abord l'acide puis vous ajoutez de l'eau.
Vous verser le produit dans une fiole contenant de l'eau distillée ( vrai )
Vous mettez des gants ( vrai ). Vous mettez des lunettes ( vrai ).

Vous assurez la préparation d'une solution d'acide sulfurique 1 M pour trois salles de TP contenant chacune 20 postes de travail. Sachant que la prochaine manipulation nécessitera 20 mL de cette solution pour chaque poste :
Calculer la quantité totale  de solution à préparer.
3*20*20 = 1200 ml = 1,2 L.

Quelle masse d'acide sulfurique 98 % faudra-t-il peser ?
Densité 1,84 ; masse molaire 98 g/mol.
Masse de 1 L d'acide sulfurique 98 % :  1840 g.
Masse d'acide pur : 1840 *0,98 = 1803 g
Quantité de matière d'acide  : 1803 * 98 = 18,4 mol ans 1 L.
Facteur de dilution : concentration mère / concentration fille = 18,4.
Volume d'acide 89% à prélever : 1200 / 18,4 = 65,2 ml
Masse d'acide 98% à peser : 65,2 * 1,84 = 120 g.
Décrivez le mode opératoire.
Pour préparer 1 L de solution 1 M :
Peser 100 g de solution d'acide 98 % ; verser cette solution dans une fiole jaugée de 1 L contenant au 2 /3 de l'eau distillée. Compléter jusqu'au trait de jauge avec de l'eau distillée. Boucher et agiter pour rendre homogène.

Pour synthétiser le butanoate de méthyle, on fait réagir l'acide butanoïque avec le méthanol. Le mode opératoire est le suivant :
Dans un ballon, on introduit 8,8 g d'acide butanoïque, 3,2 g de méthanol, 2,0 mL d'acide sulfurique et quelques grains de pierre ponce. On chauffe à reflux pendant une heure. Le contenu du ballon est ensuite versé dans de l'eau glacée. On lave trois fois la phase organique avec une solution d'hydrogénocarbonate de sodium. Aprés décantation, on obtient 6,2 g de butanoate de méthyle.
Faire le schéma du montage réactionnel et de l'ampoule à décanter.

1 : sortie de l'eau ; 2 : entrée de l'eau ; 3 : réfrigérant ; 4 :mélange réactionnel ; 5 : chauffe ballon.


Ecrire l'équation de la réaction. Quel est son nom ?
CH3-CH2-CH2-COOH + CH3OH = CH3-CH2-CH2-COO-CH3 + H2O. Estérification.
Quel est le rôle de l'acide sulfurique, du chauffage à reflux, de la pierre ponce.
L'acide sulfurique est un catalyseur et la pierre ponce régularise l'ébullition.
Le chauffage à reflux permet d'accélérer la réaction en travaillant à température modérée tout en évitant les pertes de matière : les vapeurs se condensent dans le réfrigérant et retombent dans le ballon.
Indiquer à quoi sert le lavage de la phase organique. A quoi correspond le dégagement gazeux constaté ?
Le lavage avec une solution contenant l'ion hydrogénocarbonate HCO3- , base faible, élimine toute trace d'acide. On observe un dégagement de dioxyde de carbone.
La constante d'équilibre de cette réaction est K = 4,1.
Dresser le tableau d'évolution du système chimique.
Quantité de matière initiale : méthanol 3,2 / (12+4+16) = 0,10 mol ; acide butanoïque : 8,8 / (4*12 +8 +2*16) =0,10 mol.
avancement (mol) CH3-CH2-CH2-COOH + CH3OH = CH3-CH2-CH2-COO-CH3 + H2O
initial 0 0,10 0,10 0 0
en cours x 0,10-x 0,10 -x x x
fin xf 0,10-xf 0,10-xf xf xf
Déterminer l'avancement final théorique.
K =( xf / (0,10-xf))2 = 4,1 ; xf / (0,10-xf) = 2,025 ; xf = 0,2025 / 3,025 = 0,0669 ~0,067 mol.
Calculer le rendement par rapport à l'avancement final théorique.
Masse théorique d'ester : 0,0669 ( 5*12+10+2*16) = 6,83 g.
Rendement : masse réelle / masse théorique = 6,2 / 6,83 = 0,908 ( ~ 91 %).

Une solution aqueuse d'un monoacide a pour concentration c = 0,01 mol/L ; V = 100 mL = 0,10 L.
 A) Si la concentration en ion oxonium [H3O+]f = 0,010 mol/L, alors la dissociation de l'acide est totale ( vrai ).
B) Si le taux d'avancement final t =1 alors l'avancement final xf =10-3 mol ( vrai ).
Si la réaction est totale, xf = c v = 0,01 * 0,1 = 10-3 mol.
C) Si la constante d'acidité de l'acide est Ka = 10-3 et que le pH est 4, alors la concentration en base [A-] est 10 fois supérieure à la concentration en acide conjugué  [AH]. ( vrai ).
pH = pKa + log ( [A-] / [AH] ) ; log ( [A-] / [AH] ) = 4-3 = 1 ; [A-] / [AH] = 10.
D) Si t = 0,5 alors le nombre de moles d'ion oxonium final est n(H3O+)f = 0,25 mol. ( faux ).
[H3O+]f = n(H3O+)f  / V et n(H3O+)f = xf = xmax t = cVt = 0,01*0,1*0,5 = 5 10-4 mol.

Parmi les couples acide / base suivants, quel(s) est (sont) celui (ceux) qui est (sont) correctement écrit(s) ?
A) H2O / H3O+. ( faux ) . H3O+/ H2O.
B) H2O / HO-. ( vrai ). C) H3O+ / HO-.  ( faux ). D) HO-/ H3O+.  ( faux ).

La relation qui relie le pH d'une solution d'acide faible au pKa du couple AH / A- peut toujours s'écrire :
A) pKa = pH + log ([A-] / [AH] ). B) pH =pKa -[A-] / [AH].
C)  pKa = pH + log ([A-] [H3O+]/ [AH] ) ; D) pH =pKa + log ([A-] / [AH] ). ( vrai ).





Soit une solution d'acide AH dont le pKa du couple associé vaut 4,2.

A) L'espèce A- domine à pH = 6,2. (
vrai ).
B)
L'espèce AH domine à pH = 5,5. ( faux ).
A pH supérieur à 
pKa l'espèce A- domine.
C) Les espèces A- et AH sont en quantité égale à pH = 4,2.
( vrai ).
D) Aucune des espèces
A- et AH ne prédomine à pH =7. ( faux ).
A pH supérieur à pKa l'espèce A- domine.

Une base est une espèce chimique capable de :
A) D'accepter un proton. (
vrai ). B) De céder un électron. ( faux ).
C) De céder un proton. ( faux ). D) D'accepter un électron. ( faux ).

Soit la réaction d'équation bilan : 2H2O = H3O+ + HO-.
A) Elle correspond à la réaction entre un acide et une base.
( vrai ).
L'eau joue le rôle d'acide :
H2O = H+ + HO-. L'eau joue le rôle de base : H2O + H+ = H3O+.
B) La constante associée vaut 10-14 à 25°C.
( vrai ).
C) Elle est appelé autoprotolyse de l'eau.
( vrai ).
D) Elle n'a lieu que dans l'eau pure. ( faux ).









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