TP : Application des mélanges binaires Tracé d’in diagramme binaire maphtalène-paradichlorobenzène Estérification et Deanstark Préparer les questions 1, 2, 3, 4 et 12. I) Préparation d’un ester : l’acétate d’isoamyle Certains esters sont utilisés dans l'industrie agro-alimentaire pour simuler un arôme dans une préparation. On se propose ici de synthétiser l'acétate d'isoamyle (arôme de banane). La réaction entre l’acide acétique ( ou éthanoïque ) et l’alcool isoamylique ( ou 3-méthylbutan1-ol ) a lieu en présence d'acide paratoluènesulfonique (APTS) qui est un acide fort. Arrêter le chauffage quand le volume d’eau recueilli dans le tube gradué est égal à celui calculé ( Q4 ). Commencer la partie II) pendant les temps de chauffage . Questions : Q1) Donner le bilan de cette réaction. L'équilibre est déplacé par distillation azéotropique de l'eau formée en présence de cyclohexane ; le cyclohexane et l'eau, non miscibles à l'état liquide, forment un hétéroazéotrope que l'on récupère dans la colonne graduée de l'appareil de DeanStark. 1- Estérification Dans le ballon, verser l'acide acétique pur (8,5 mL), l'alcool isoamylique (13 mL) et le cyclohexane (30 mL) ; ajouter 0,15g d'APTS et deux grains de pierre ponce. Installer l’appareil de Dean-Stark, le réfrigérant à eau ; verser dans le tube gradué du Dean stark du cyclohexane jusqu’à ca qu’il déborde dans le ballon puis chauffer à reflux ( faire vérifier le montage avant le chauffage). Q2) A quoi sert l’APTS ? Donner sa formule semi-développée. Peut on le remplacer par de l’acide sulfurique ? Q3) Le cyclohexane et l’eau n’étant pas miscibles, deux phases apparaissent dans la colonne graduée du Deanstark ; où se trouve la phase aqueuse ? Q4) Calculer le volume d’eau produit si la réaction est totale. 2- Purification Transférer, sans pertes, le mélange, préalablement refroidi, dans une ampoule à décanter fixée sur un anneau. 1 Laver la phase orga avec 2 fois 10 mL d’une solution d'hydrogénocarbonate de sodium à 10 %, puis avec 10 mL d'une solution saturée de chlorure de sodium. Sécher la phase organique avec du sulfate de sodium anhydre ; filtrer directement sur le ballon de 100 mL que vous aurez lavé et séché. 4- Analyse de l’ester Q9) Peser la quantité d'ester synthétisé. Noter la valeur de votre pesée. Q10) Calculer le rendement de la réaction d’estérification. Q11) Mesurer l'indice de réfraction ; noter la valeur trouvée. Chercher l'indice de réfraction de l’ester dans le Handbook puis conclure. Questions : Si le temps, tracer le spectre IR de votre produit et analyser les raies. Q5) Quelle espèce est responsable du dégagement gazeux ? Q6) A quoi sert le lavage avec la solution d'hydrogénocarbonate de sodium ? Données : densités : Q7) A quoi sert le lavage avec la solution saturée de chlorure de sodium ? Comment appelle-t-on cette technique ? acide acétique : 1,049 alcool isoamylique : 0,809 cyclohexane : 0,778 3- Elimination du cyclohexane Q8) Placer le ballon dans le chauffe-ballon puis installer la colonne à distiller et le réfrigérant à eau horizontalement. Distiller rapidement le cyclohexane. Noter la température du palier de distillation. Masses molaires en g/mol : H:1 C : 12 O : 16 Températures d’ébullition sous 1 bar en °C : acide acétique : 118 alcool isoamylique : 129 cyclohexane : 81 ester : 142 2 Plonger le capteur de température dans le liquide fondu puis fixer rapidement le tube sur le support à l’aide d’une pince et d’une noix et démarrer l’acquisition. II) Tracé d’un diagramme binaire solide liquide : naphtalène-paradichlorobenzène ATTENTION : il faut éviter les courants d’air et les déplacements autour de ce tube ! 1. Principe Pour des échantillons de composition donnée, on trace la courbe de refroidissement et on relève les températures de début et de fin de changement d’état. On en déduit le tracé du diagramme isobare d’équilibre liquide-solide pour le mélange. 2. Préparation des échantillons Chaque binôme étudiera les courbes de refroidissement de 4 tubes dont la composition est donnée par le tableau ci-dessous ( bien noter sur chaque tube son n° ). Chaque groupe complétera le tableau suivant à partir de l’analyse des courbes de refroidissement obtenues : Tube n° xN Tdébut 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 cristallisation Tfin cristallisation Peser précisément des quantités de naphtalène (mn) et de paradichlorobenzène (mp) voisines de celles indiquées dans le tableau ci-dessous et les placer dans un bain marie jusqu’à fusion totale du mélange. Tube n° mn mp xN 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 0 6 0,6 5,4 1,2 4,8 1,8 4,2 2,4 3,6 3,0 3,0 3,6 2,4 4,2 1,8 4,8 1,2 5,4 0,6 6 0 Q12) Calculer la fraction molaire du naphtalène ( xN )dans les mélanges. Vous chaufferez à nouveau chaque mélange jusqu’à la fusion complète puis sous la hotte, vous verserez rapidement le mélange fondu sur le papier filtre placé dans un bécher. 4. Diagramme binaire solide-liquide Q13) Tracer le diagramme d'équilibre liquide-solide de ce mélange. Q14) Déterminer la composition et la température de fusion de l’eutectique. 3. Courbes de refroidissement Q15) Evaluer les chaleurs latentes de fusion des deux corps purs. Allumer l’ordinateur portable, installer l’interface ( marguerite ) et le capteur de température. 3