Aurélie 20/12/06
 

Aide technique laboratoire ( d'après concours 2006) synthèse d'un ester ; dosage d'un déboucheur d'évier.

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Synthèse de l'acétate de linalyle :(6,5 pts)

Le linalol et l'anhydride acétique constituent les matières premières de la synthèse. On obtient de l'acétate de linalyle et de l'acide acétique.

linalol + anhydride acétique = acétate de linalyle + acide acétique
espèce
densité d
q ébullition °C
masse molaire (g/mol)
solubilité dans l'eau
sécurité
linalol C10H18O
0,87
199
154
assez faible
anhydride acétique C4H6O3
1,08
140
102
très soluble
acétate de linalyle C12H20O2
0,89
220
196
très faible
acide acétique C2H4O2
1,05
118
60
très soluble
Protocol : étape n°1 synthèse :

On introduit dans un ballon 8,0 mL d'anhydride acétique et quelques billes de verre. Ajouter dans le ballon 4,0 mL de linalol mesurés à l'aide d'une pipette graduée.

Chauffer le mélange à reflux pendant 40 min. Arrêter le chauffage et retirer le chauffe ballon. Laisser refroidir le mélange en maintenant la circulation d'eau.

étape n°2 extraction de l'écétate de linalyle :

Préparer environ 30 mL d'eau distillée froide dans un bécher de 100 mL. Verser doucement en agitant le contenu du ballon dans le bécher : destruction de l'anhydride &cétique en excès. Transvaser le contenu du bécher dans une ampoule à décanter. Agiter et laisser décanter.

étape n°3 éliminer la phase aqueuse :

Eliminer la phase aqueuse. Verser progressivement 30 mL de solution d'hydrogénocarbonate de sodium à 5 % qui réagit avec l'acide éthanoïque restant pour donner de l'acétate de sodium et CO2. Attendre que le dégagement gazeux ralentisse et mettre le bouchon sur l'ampoule à décanter. Agiter plusieurs fois, dégazer, laisser décanter. Eliminer la phase aqueuse et vérifier que le pH de celle-ci est basique. Ajouter 30 mL d'eau distillée au contenu de l'ampoule. Agiter, laisser décanter afin de laver la phase organique. Eliminer de nouveau la phase aqueuse et verser la phase organique dans un becher propre. Ajouter une spatule de chlorure de calcium anhydre.

  1. Définir la densité d'un liquide ou d'un solide par rapport à l'eau.
  2. Le linalol est on miscible à l'eau ; préciser la position des phases lors d'un mélange eau-linalol. Justifier.
  3. Définir la solubilité massique d'une espèce par rapport à l'eau. De quels paramètres dépend cette solubilité ?
  4. Donner les formules semi-développées de l'anhydride acétique et de l'acide acétique.

Analyse du protocole :

  1. Quelles sont les mesures de sécurité à respecter pour prélever 8 mL d'anhydride acétique ?
  2. Calculer les quantités de matière initiales de linalol et d'anhydride acétique et en déduire le réactif en excès. La réaction se fait mole à mole entre ces deux réactifs.
  3. Quelle(s) raison(s) voyez-vous à introduire un réactif en excès dans une synthèse ?
  4. Compléter les schémas ci-sessous. Que signifie le verbe décanter ?
  5. Pourquoi faut-il dégazer régulièrement ?
  6. Donner la raison pour laquelle on ajoute du chlorure de calcium anhydre à la phase organique ?

Analyse du produit obtenu :

  1. Citer une technique permettant de purifier le produit de synthèse btenu.
  2. Après purification, on décide de réaliser une chromatographie sur couche mince. L'éluant est du dichlorométhane. Quelle(s) information(s) apporte une chromatographie ?
  3. Quels sont les critères à respecter pour le choix de l'éluant ?
  4. On réalise une chromatographie sur le produit obtenu lors de cette synthèse. On précisera le nombre et la nature de chaque dépôts à effectuer sur la plaque. On fera un schéma traduisant ce que l'on peut observer sur cette plaque après élution en émettant l'hypothèse que le produit synthétisé est pur.
 corrigé
Densité d'un liquide ou d'un solide par rapport à l'eau :

masse d'un certain volume du liquide ( ou du solide) divisée par la masse du même volume d'eau. C'est le rapport de deux masses ; la densité est un nombre sans unité.

mélange eau-linalol :

Le linalol est on miscible à l'eau ; la densité de l'eau est 1 ; la densité du linalol est 0,87 : le liquide le plus dense occupe la partie inférieure ; le linalol, le moins dense, se trouve au dessus de l'eau.

Solubilité massique d'une espèce par rapport à l'eau :

masse maximale de solide que l'on peut dissoudre dans un litre d'eau à une température donnée. La solubilité dépend de l'espèce chimique et de la température.

Formules semi-développées de l'anhydride acétique et de l'acide acétique :

Analyse du protocole :

Mesures de sécurité à respecter pour prélever 8 mL d'anhydride acétique, liquide toxique et corrosif : port de blouse, gants, lunettes et travail sous hotte.

Quantités de matière initiales de linalol et d'anhydride acétique :

masse (g) = volume (mL) * densité ; puis quantité de matière (mol) = masse (g) / masse molaire (g/mol)

linalol : m = 4*0,87 = 3,48 g ; n = 3,48 / 154 = 2,3 10-2 mol

anhydride acétique : m= 8*1,08 =8,64 g ; n = 8,64 / 102=8,5 10-2 mol

La réaction se fait mole à mole entre ces deux réactifs : l'anhydride acétique est en excès.

Introduire un réactif en excès dans une synthèse :

La concentration des réactifs étanr un facteur cinétique, on augmente la vitesse de la réaction.

Dans le cas où le système aboutit à un équilibre, on déplace l'équilibre dans le sens direct.

le verbe "décanter "  signifie : laisser les espèces non miscibles se séparer par ordre de densité décroissante.

Il dégazer régulièrement pour éviter une surpression dans l'ampoule à décanter.

On ajoute du chlorure de calcium anhydre à la phase organique afin d'éliminer toute trace d'eau de cette phase.

Analyse du produit obtenu :

Technique permettant de purifier le produit de synthèse obtenu : recristallisation

Une chromatographie permet de séparer et d'identifier les constituants d'un mélange.

L'éluant doit permettre une bonne séparation des différentes espèces.
Dosage d'une solution commerciale d'un déboucheur d'évier ( 3,5 pts)

Le but est de vérifier les indications portées par l'étiquette.

On désire préparer 200 mL d'une solution du produit dilué 40 fois. Soit S cette solution.

  1. Calculer le volume du produit à prélever pour préparer S.
    - Préciser la verrerie à utiliser.
    - Quelles mesures de sécurité faut-il prendre pour préparer S ?
    - Décrire le mode opératoire à suivre.
  2. A l'aide d'une pipette munie d'un pipeteur, on prélève un volume V0=10,0 mL de la solution S. On place ce prélevement dans un becher dans lequel on ajoute 90,0 mL d'eau distillée pour que l'électrode du pHmètre trempe bien dans la solution. On dose la solution ainsi préparée avec une solution d'acide chlorhydrique de concentration cA= 0,125 mol/L
    - Compléter le schéma ci-dessous. Quelle(s) vérification(s) doit(vent) être faîtes avant l'utilisation du pHmète ?
  3. On obtient Véq = 13,7 mL. La détermination de la concentration CS en hydroxyde de sodium de la solution S se calcule à partir de la relation suivante :
    CS= cA Véq/ V0. Calculer CS et en déduire la concentration molaire c0 en hydroxyde de sodium de la solution commerciale.
    - Calculer le pourcentage massique en hydroxyde de sodium du flacon de 1 L de déboucheur d'évier. Cette valeur est-elle correcte avec l'indication du fabricant ? M(NaOH) = 40 g/mol
 corrigé
On désire préparer 200 mL d'une solution du produit dilué 40 fois. Soit S cette solution.

Volume du produit à prélever pour préparer S :

Le facteur de dilution est égal à 40 ; le volume de la pipette jaugée est égale à : volume de la fiole jaugée / 40 = 200 / 40 = 5,0 mL.
Mesures de sécurité à prendre pour préparer S :

produit corrosif, donc port de blouse, lunette et gants.
Mode opératoire :

prélever 5,0 mL de solution du commerce ( pipette jaugée + pipeteur)

Placer dans une fiole jaugée de 200 mL contenant un peu d'eau distillée ; compléter jusqu'au trait de jauge avec de l'eau distillée.

Agiter pour rendre homogène.

A l'aide d'une pipette munie d'un pipeteur, on prélève un volume V0=10,0 mL de la solution S. On place ce prélevement dans un becher dans lequel on ajoute 90,0 mL d'eau distillée pour que l'électrode du pHmètre trempe bien dans la solution. On dose la solution ainsi préparée avec une solution d'acide chlorhydrique de concentration cA= 0,125 mol/L
Le pHmètre doit être étaloné ; la température doit être ajustée.

On obtient Véq = 13,7 mL. La détermination de la concentration CS en hydroxyde de sodium de la solution S se calcule à partir de la relation suivante :
CS= cA Véq/ V0=0,125*13,7 / 10 =0,171 mol/L

Concentration molaire c0 en hydroxyde de sodium de la solution commerciale = 40 CS= 40*0,171 = 6,85 mol/L

soit en masse : 6,85*40 = 274 g d'hydroxyde de sodium dans 1 L
L'étiquette indique d = 1,28 : la masse de 1 L de solution est 1280 g

"solution à 20% en masse" soit 0,2*1280 = 256 g d'hydroxyde de sodium dans 1 L.

écart relatif : (274-256)/256*100 = 7 %

accord entre l'indication de l'étiquette et le résultat du dosage, l'écart relatif étant assez faible.

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