TP 2 - Extraction par un solvant - Physique

Thème 2 : Comprendre Chapitre 4
TP 2 - Extraction par un solvant (extraction liquide - liquide)
Objectif du TP
À l’issue d’une séance de TP, des élèves ont jeté par mégarde dans un même récipient une solution de sulfate de cuivre II
et une solution de rouge de méthyle. Ces deux espèces chimiques ne sont pas retraitées de la même façon. L'objectif du
TP est donc de les séparer grâce à une extraction par solvant pour qu'elles soient ensuite retraitées correctement.
Document 1 : Solubilité
La solubilité d'une espèce dans un solvant est la masse maximale d'un soluté qui peut être dissoute par unité de volume
de solvant. La solubilité d'une espèce chimique dépend du solvant.
Document 2 : Protocole d'extraction d'une espèce chimique par un solvant
L'extraction d'une espèce chimique en solution dans un solvant A par un solvant B consiste à :
1. Choisir un solvant B :
a. qui soit non miscible dans le solvant A de la solution.
b. pour lequel la solubilité de l'espèce chimique qu'on veut extraire est plus grande que dans le solvant A.
2. À l'aide d'un entonnoir, verser la solution contenant l'espèce chimique à extraire dans une ampoule à décanter
dont le robinet est fermé.
3. Ajouter le solvant B. Le niveau de liquide ne doit pas dépasser les 3/4 de l'ampoule.
4. Boucher l'ampoule à décanter, puis en tenant le bouchon à la main, agiter doucement en renversant l'ampoule.
5. Incliner l'ampoule de manière à avoir le bouchon en bas et orienter le robinet dans une direction où il n'y a
personne.
6. En maintenant le bouchon, agiter l'ampoule circulairement doucement, tout en ouvrant de temps en temps le
robinet de l'ampoule de manière à évacuer les éventuels gaz produits (c'est le dégazage). Répéter l'opération
jusqu'à ce qu'il n'y ait plus de gaz à évacuer.
7. Reposer l'ampoule sur son support et enlever le bouchon.
8. Attendre que les phases du liquide se séparent.
9. Placer un bécher étiqueté sous l'ampoule, puis ouvrir le robinet pour recueillir la première phase en prenant soin
de le refermer quand la deuxième phase arrive au niveau du robinet.
10. Prendre un autre bécher étiqueté et récupérer le liquide de la deuxième phase en le versant par le haut de
l'ampoule à décanter et non par le robinet pour éviter la contamination de cette phase.
Document 3 : Solubilités, miscibilités et densités
Solvants Solution S Eau Éthanol Cyclohexane
Densité 1,02 1,00 0,78 0,79
Densité des différents solvants
Sulfate de cuivre II Rouge de méthyle
Eau Très grande Faible
Cyclohexane Nulle Grande
Éthanol Faible Grande
Solubilités de différents solutés dans l'eau, le cyclohexane et l’éthanol
Eau Cyclohexane Éthanol
Eau Nulle Très grande
Cyclohexane Nulle Très grande
Éthanol Très grande Très grande
Miscibilité des différents solvants
I - Choix du solvant et mise en œuvre d'un protocole expérimental
1. À l'aide des documents et à partir de la solution aqueuse contenant le sulfate de cuivre II et le rouge de méthyle,
expliquer quel solvant vous allez utiliser pour obtenir deux solutions, l'une contenant le sulfate de cuivre dissous,
l'autre contenant le rouge de méthyle. Vous justifierez soigneusement votre réponse.

2.
Faire la liste du matériel dont vous avez besoin.
3. Faire les schémas légendés
représentant
puis appeler l'enseignant.
4. Réaliser l'extraction.
II - Interprétation de la
miscibilité
1. À l'aide des documents ci-dess
o
apolaires. Justifier votre réponse.
Le cyclohexane est constitué uniquem
entre ces atomes étant faible, on peut considérer que les liaisons covalentes de la molécule de cyclohexane sont
pratiquement apolaires.
A fortiori, le cyclohexane est une molécule apolaire.
L'éthanol quant à lui comporte un atome d'oxygène lié
La différence d'électronégativité entre
charge excédentaire négative.
Par ailleurs,
barycentre des charges positives
n'est pas confondu avec le barycentre des charges négatives. L'éthanol est donc
une molécule polaire.
Document 4 : Formules
topologiques de quelques molécules
Rouge de méthyle
Document 5 : Electronégativités
de quelques atomes
Atome
Electronégativité
2. À
partir de vos connaissances sur les interactions électriques, e
totalement miscibles, c'est à dire solubles l'un dans l'autre en toutes proportions.
L'eau est polaire.
L'éthanol aussi.
même possibilité de former des liaisons h
Imaginons que l'on mette une molécule d'éthanol dans de l'eau : cela va casser certaines liaisons hydrogènes
entre molécules d'eau, m
ais comme l'éthanol est polaire
s'établir entre l'eau et l'éthanol.
L'eau et l'éthanol vont ainsi bien se mélanger.
3. Le sulfate de cuivre II
est un solide ionique. Expliquer sa solubilité dans l'eau.
Les interactions électriques entre l'eau et les ions du sulfate de cuivre sont suffisantes pour casser les liaisons
ioniq
ues. Une fois le solide disloqués, les molécules d'eau entourent les ions, ce qui a pour effet de stabiliser les
ions en solution et d'éviter que les ions ne se ré
4.
Expliquer pourquoi le sulfate cuivre n'est pas
Le cycloh
exane est un solvant apolaire. Les interactions électriques avec les ions du sulfate de cuivre
intensité très fa
ible (forces de Van der Waals) et insuffisante pour rompre les liaisons ioniques.
5.
Le rouge de méthyle est peu polaire. Il est soluble dans le cyclohexane. Quelle hypothèse plus générale pouvez
vous formuler à partir de cet exemple ?
On peut formuler l'hypothèse que les molécule
apolaires.
Faire la liste du matériel dont vous avez besoin.
représentant
les principales
étapes du protocole d'extraction que vous allez réaliser,
miscibilité
et de la solubilité
de certaines espèces chimiques
o
us, di
re si l'eau, l'éthanol et le cyclohexane sont des molécules polaires ou
apolaires. Justifier votre réponse.
Le cyclohexane est constitué uniquem
ent d'atomes de carbone et d'hydrogène. La différence d'électronégativité
entre ces atomes étant faible, on peut considérer que les liaisons covalentes de la molécule de cyclohexane sont
A fortiori, le cyclohexane est une molécule apolaire.
L'éthanol quant à lui comporte un atome d'oxygène lié
d'une part
avec un hydrogène
La différence d'électronégativité entre
l'oxygène et ces deux
atomes étant importante
Par ailleurs,
vu la géométrie de l'éthanol
(voir modèle moléculaire ci
n'est pas confondu avec le barycentre des charges négatives. L'éthanol est donc
topologiques de quelques molécules
Cyclohexane
de quelques atomes
H C
O
2,2 2,5
3,5
partir de vos connaissances sur les interactions électriques, e
xpliquer pourquoi l'eau et l'éthanol sont
totalement miscibles, c'est à dire solubles l'un dans l'autre en toutes proportions.
L'éthanol aussi.
Les interactions électriques entre l'eau et l'éthanol sont importantes. Il y a
même possibilité de former des liaisons h
ydrogènes entre ces molécules.
Imaginons que l'on mette une molécule d'éthanol dans de l'eau : cela va casser certaines liaisons hydrogènes
ais comme l'éthanol est polaire
, de nouvelles int
eractions électriques assez intenses vont
L'eau et l'éthanol vont ainsi bien se mélanger.
est un solide ionique. Expliquer sa solubilité dans l'eau.
Les interactions électriques entre l'eau et les ions du sulfate de cuivre sont suffisantes pour casser les liaisons
ues. Une fois le solide disloqués, les molécules d'eau entourent les ions, ce qui a pour effet de stabiliser les
ions en solution et d'éviter que les ions ne se ré
-agrègent.
Expliquer pourquoi le sulfate cuivre n'est pas
soluble dans le cyclohexane.
exane est un solvant apolaire. Les interactions électriques avec les ions du sulfate de cuivre
ible (forces de Van der Waals) et insuffisante pour rompre les liaisons ioniques.
Le rouge de méthyle est peu polaire. Il est soluble dans le cyclohexane. Quelle hypothèse plus générale pouvez
vous formuler à partir de cet exemple ?
On peut formuler l'hypothèse que les molécule
s peu polaires ou apolaires seront solubles dans les solvant
étapes du protocole d'extraction que vous allez réaliser,
de certaines espèces chimiques
re si l'eau, l'éthanol et le cyclohexane sont des molécules polaires ou
ent d'atomes de carbone et d'hydrogène. La différence d'électronégativité
entre ces atomes étant faible, on peut considérer que les liaisons covalentes de la molécule de cyclohexane sont
avec un hydrogène
, d'autre part avec un carbone.
atomes étant importante
, l'oxygène possède une
(voir modèle moléculaire ci
-dessous) le
n'est pas confondu avec le barycentre des charges négatives. L'éthanol est donc
Éthanol
O
3,5
xpliquer pourquoi l'eau et l'éthanol sont
Les interactions électriques entre l'eau et l'éthanol sont importantes. Il y a
Imaginons que l'on mette une molécule d'éthanol dans de l'eau : cela va casser certaines liaisons hydrogènes
eractions électriques assez intenses vont
Les interactions électriques entre l'eau et les ions du sulfate de cuivre sont suffisantes pour casser les liaisons
ues. Une fois le solide disloqués, les molécules d'eau entourent les ions, ce qui a pour effet de stabiliser les
exane est un solvant apolaire. Les interactions électriques avec les ions du sulfate de cuivre
ont une
ible (forces de Van der Waals) et insuffisante pour rompre les liaisons ioniques.
Le rouge de méthyle est peu polaire. Il est soluble dans le cyclohexane. Quelle hypothèse plus générale pouvez
-
s peu polaires ou apolaires seront solubles dans les solvant
s