enseignement, concours caplp externe 2005 : autour des alcools à 3 carbones.

Formule semi-développée et le nom de l’alcane à 3 carbones : propane CH₃-CH₂-CH₃.

Formule semi-développée et le nom de l’alcène à 3 carbones : propène CH₃-CH=CH₂.

Formule semi-développée et le nom de l’alcyne à 3 carbones : propyne.

La formule brute d’un alcool à 3 carbones est C₃H₈O.

CH₃-CH₂-CH₂OH prop-1-ène ; alcool primaire

CH₃-CH OH-CH₃.prop-2-ène ; alcool secondaire.

CH₃-CH=CH₂ + H₂O = CH₃-CH OH-CH₃.

La règle de Markovnikov permet de prévoir sur quel atome de carbone se fixe l'hydrogène de l'hydracide ( ou de H2O) : l'atome d'hydrogène se fixe sur l'atome de carbone le moins substitué ( formation du carbocation le plus stable )

Equations des réactions de combustions complète et incomplètes de C₃H₈O :

C₃H₈O + 4,5O₂ = 3 CO₂ + 4H₂O

C₃H₈O + 3O₂ = 3 CO + 4H₂O

C₃H₈O + 1,5O₂ = 3 C + 4H₂O

Calcul de la masse de dioxyde de carbone obtenue lors de la combustion complète de 12,0 g d’alcool.

n(alcool) = m/M = 12,0 / 60,0 = 0,20 mol

n(CO₂) = 3 n(alcool) =0,60 mol

m= n M = 0,60*44 = 26,4 g.

Par action du permanganate de potassium en milieu acide, le propan-1-ol s’oxyde en acide propanoïque CH₃-CH₂-COOH.

Cette réaction nécessite l’utilisation d’un montage à reflux.

Equation de la réaction d’estérification dans le cas de la réaction entre le propan-1-ol et l’acide éthanoïque (ou acide acétique).

Afin d’accélérer la transformation, on ajoute au mélange réactionnel de l’acide sulfurique et on le porte à température élevée. Le mélange réactionnel initial contient 0,50 mol d’alcool et 0,50 mol d’acide carboxylique. L’équilibre ayant été atteint, le mélange final contient 0,17 mol d’alcool, 0,17 mol d’acide carboxylique, 0,33 mol d’ester et 0,33 mol d’eau.

Constante d’équilibre associée à la réaction d’estérification :

K= [ester]_éq[eau]_éq / ([acide]_éq [alcool]_éq) =(0,33/0,17)² = 3,8.

L’élévation de température ne modifie pas la composition du mélange final : l'estérification est pratiquement athermique.

L’évolution de la quantité de matière n_a en acide carboxylique du mélange précédent a été suivie lors de la transformation. Les valeurs relevées figurent dans le tableau ci-dessous :

t(min)	0	2	5	12	20	30	50	70	90
na(mol)	0,50	0,40	0,31	0,22	0,20	0,18	0,17	0,17	0,17

À partir du tracé du graphe n_a = f(t), évaluation des vitesses de réaction exprimées en mol.min^-1 à t = 5 min et t = 10 min.

Composition approximative du mélange final, équilibre atteint, dans le cas d’un mélange initial constitué de 0,20 mol d’alcool et 0,10 mol d’acide carboxylique.

	avancement (mol)	acide	+alcool	=ester	+eau
initial	0	0,10	0,20	0	0
en cours	x	0,1-x	0,2-x	x	x
équilibre	xéq	0,1-xéq	0,2-xéq	xéq	xéq
	0,084	0,016	0,12	0,084	0,084

K= 3,8 =x_éq²/((0,1-x_éq)(0,2-x_éq)

2,8 x_éq²- 1,14 x_éq + 0,076 = 0 ; x_éq=0,084 mol