Aurélie sept 2001

devoirs en terminale S

extraction par solvant bac 09 / 01




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I. Extraction par un solvant (5 points)

Données:

densité à 200°C
solubilité
remarques
acide propanoïque
0,99
soluble dans l'eau et dans l'éther
liquide corrosif provoque de graves brûlures
éther diéthylique(éther du pharmacien) ou éthoxyéthane
0,71
très peu solubledans l'eau
liquide volatil très inflammable toxique
Couple acide - base Valeur du pKa (à 25°C)

CH3CH2CO2H / CH3CH2CO2- pKa1= 4,9

H3O+ / H2O pKa2= 0,0

H2O / HO- pKa3=pKe= 14,0

En séance de travaux pratiques, on se propose de procéder à une extraction de l'acide propanoïque par l'éther diéthylique (Nommé communément " éther").

Cette technique consiste à mettre l'acide en contact avec deux solvants non miscibles (non solubles entre eux), ici l'eau et l'éther. L 'acide se dissout dans les deux solvants dans des proportions différentes que l'on cherche à déterminer.

1. Préparation de la solution aqueuse d'acide propanoïque

On dispose.:

- d'une solution aqueuse S0 d'acide propanoïque de concentration C0 = 10,0 mol. L-1;

- du matériel suivant:

- pipettes jaugées de 5,00 mL, 10,0 mL, 20,0 mL;

- éprouvettes à pied de 10 mL, 100 mL, 200 mL,

- bechers de 50 mL, 100,0 mL, 200,0 mL,

- fioles jaugées de 50,0 mL, 100,0 mL, 200,0 mL,

- poire à pipeter (ou " propipette ").

On veut préparer un volume VS = 200,0 mL d'une solution S de concentration C = 1,00 mol.L-1.

  • Déterminer l'expression du volume V0 de la solution S0 à prélever pour la préparation de la solution S ; calculer la valeur de V0.
  • Choisir le matériel nécessaire à cette préparation.
  • Citer deux consignes de sécurité à respecter.

2. Extraction :

Mode opératoire.:

· Dans une ampoule à décanter, on introduit un volume V = 50 mL de la solution S préparée à la question 1. et un volume V = 50 mL d'éther diéthylique.

· On agite pendant au moins 5 minutes en dégazant régulièrement.

· On laisse décanter.

· On recueille la phase aqueuse dans un becher.

  • Pourquoi faut-il agiter le mélange dans l'ampoule à décanter?
  • Pourquoi doit-on dégazer? Comment procède-t-on?
  • Faire le schéma légendé de l'ampoule à décanter après la décantation, en indiquant le contenu de chaque phase et en justifiant leur position.

3. Dosage de l'acide propanoïque dans l'eau:

On appelle C1 la concentration molaire de l'acide dans la phase aqueuse recueillie, et C2 la concentration de l'acide dans l'éther ; les deux phases ont le même volume V = 50 mL.

Afin de déterminer C1 et C2, on procède au dosage de 1'acide dans la phase aqueuse. Pour cela, on prélève un volume Va = 20,0 mL de la solution aqueuse recueillie, on le verse dans un erlenmeyer ; et on y dose l'acide présent par une solution de soude (l'hydroxyde de sodium) de concentration Cb = 0,500 mol. L-1, en présence de phénolphtaléine comme indicateur coloré.

Il faut verser un volume (Vb)E = 13,0 mL de solution de soude pour obtenir l'équivalence acidobasique.

  • Écrire l'équation-bilan de la réaction servant de support au dosage.
  • Définir et calculer la constante de réaction correspondante en l'écrivant sous forme d'une puissance de 10. Pourquoi est-il légitime d'utiliser cette réaction comme support du dosage?
  • Calculer la concentration molaire C1 de l'acide dans l'eau.
  • Montrer que C2 = C - C1. Calculer C2.
  • Dans lequel des deux solvants l'acide propanoïque est-il le plus soluble?
  • Les chimistes ont décidé de traduire ce résultat par un coefficient, appelé coefficient de partage, défini comme étant le rapport K =C2/C1. L'intérêt de cette constante est qu'elle ne dépend que de la température et non des concentrations. Calculer le coefficient de partage K de l'acide entre les deux solvants (donner le résultat sous forme d'un entier).

 




corrigé


le facteur de dilution est un nombre plus grand que un: il est égal au rapport des volumes et aussi au rapport des concentrations

facteur de dilution : C0 / C = VS / V0 = 10 /1 = 10

d'où V0 = VSC / C0 = 200/10 = 20 mL

prélever 20 mL d'acide propanoïque ( solution mère S0) à la pipette + pipeteur

placer un peu d'eau dans une fiole jaugée de 200 mL

ajouter les 20 mL de S0. compléter avec de l'eau distilée jusqu'au trait de jauge.

utiliser des lunettes de protection et des gants, le liquide étant corrosif.


Il faut agiter l'ampoule à décanter afin que la plus grande partie de l'acide propanoïque, initialement dans l'eau, passe dans l'ether, solvant non miscible à l'eau.

retour - menuner l'ampoule à décanter puis ouvrir le robinet : on élimine une éventuelle surpression.

le liquide le moins dense, l'ether occupe la partie supérieure.


dosage:

CH3CH2CO2H + HO- -->CH3CH2CO2- + H2O

la constante de la réaction étant grande, la réaction est totale et peut être utilisée pour un dosage.

A l'équivalence les quantités de matière d'acide et de soude ajoutée sont égales:

C1Va = Cb Vb

C1 = 13*0,5 /20 =0,325 mol/L.

le volume d'ether est egal au volume d'eau: soit V ce volume

n : Qté de matière initiale d'acide dans l'eau

n1 : Qté de matière d'acide dans l'eau après extraction

n2 Qté de matière d'acide dans l'ether.

n=n1+n2

au départ l'acide est dans l'eau: n = CV

après extraction : n1 = C1 V et n2 = C2 V

CV = C1 V + C2 V

soit C2 = C-C1 = 1-0,325 =0,675 mol/L.

l'acide est plus soluble dans l'ether que dans l'eau.

coefficient de partage : K= C2 / C1 = 0,675 / 0,325 proche de 2.



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