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Collège Notre­Dame de Jamhour Classe de Ter minale S (SV) Date : 11 / 05 /2011 Cor r igé du test de chimie Présenter le travail avec un souci d’ordre et de soin. L’utilisation de la calculatrice est autorisée. Exercice I : Des esters dans nos cosmétiques (26 pts) 1. Les parabènes. O (a) HO (b) C 1.1. (a) groupe hydroxyle (b) groupe ester 1.2. Réactif n°1 : acide para­hydroxybenzoïque O CH2 – CH2 – CH3 O HO C OH
1.3. Réactif n°2 : propan­1­ol CH3–CH2–CH2–OH 2. Préparation d'un ester utilisé en parfumerie. 2.1. Recherche de l'acide carboxylique utilisé. 2.1.1. Équation de la réaction support du dosage : R–COOH(aq) + HO – (aq) = R–COO – (aq) + H2O(l) 2.1.2. À l’équivalence, le pH du milieu réactionnel subit une importante hausse. dpH La dérivée est alors maximale. Graphiquement, on lit VB = 15,0 mL. dV B La méthode des tangentes confirme ce résultat. 1/5 2.1.3. À l’équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques, soit n RCOOH initiale = nHO versée - CA.VA = CB.VE CB .V E CA = V A 1, 0 ´ 10-2 ´ 15, 0 = 1,50´10 –2 mol.L –1 10, 0
m m A 2.1.4. n = CA.VS = A donc MA = M A C A .V S CA = 0,90 9, 0 ´ 10 -1 MA = = = 60 g.mol –1 -2 -2 1, 5 ´ 10 ´ 1, 000 1,5 ´ 10
En consultant les données, en fin d’énoncé, on en déduit que l’acide carboxylique A est l’acide éthanoïque. 2.1.5. A l’équivalence, les espèces présentes sont l’ion R­COO ­ qui est la base conjuguée de R­COOH et l’ion Na + qui est spectateur. Donc pHE est supérieur à 7,0 à 25°C. 2.2. Synthèse de l'ester. 2.2.1. Équation de la réaction correspondant à la synthèse de l’ester : O O CH2 – OH (l)+ CH3 C OH C (l) = CH2 – O CH3 (l) + H2O(l) alcool benzylique acide éthanoïque ester eau 2.2.2. Cette réaction est lente, limitée, athermique 2.2.3. L’acide sulfurique joue le rôle de catalyseur, il permet d’augmenter la vitesse de réaction. 2.2.4. Le montage utilisé est un dispositif de chauffage à reflux. Il permet d’augmenter la température du milieu réactionnel et donc d’augmenter la vitesse de réaction. Le réfrigérant à boules permet de condenser les vapeurs et ainsi d’éviter une perte de matière dans le milieu réactionnel. 2.3. Extraction de l'ester préparé. 2.3.1. Le tableau de données indique que la solubilité de l’ester est très faible dans l’eau salée. Donc on observe deux phases dans l’ampoule à décanter. De plus la masse volumique de l’ester (1,06 g.mL ­1 ) est inférieure à celle de la phase aqueuse (proche de celle de l’eau salée : 1,20 g.mL ­1 ), l’ester est situé dans la phase supérieure. phase organique : ester, alcool benzylique restant
phase aqueuse : eau, chlorure de sodium, acide carboxylique restant. 2.3.2. ni(alcool) = r ( alcool ) xv ( alcool ) = 2,0´10 –1 mol. M ( alcool ) 2.3.3. Rendement : r = n ester obtenue nester maximale L’énoncé indique que le mélange réalisé est stœchiométrique. Les coefficients stœchiométriques étant égaux à 1, on peut espérer obtenir au maximum nester maximale = ni( alcool)= 2,0´10 –1 mol. 1,3 ´ 10 -1 1, 3 13 1 1 ´ = 6,5´ = 0,65 = 65% r = = = -1 2, 0 ´ 10
2, 0 2, 0 10
10 2.3.4. Pour améliorer le rendement sans changer la nature des réactifs, il faut introduire un excès de l’un des réactifs alors l’équilibre de la réaction d’estérification se déplace dans le sens direct et le rendement augmente. On peut éliminer l’un des produits au fur et à mesure de sa formation, ce qui conduit au même résultat. Exercice II : Un bijou peu coûteux (14 pts) 1­ Bilan de l’électrolyse 1.1. On veut déposer de l’argent solide sur la bague en cuivre ; la demi­équation ayant lieu sera : Ag + (aq) + e – = Ag(s) (1) Il s’agit d’une réduction qui a lieu à la cathode. Le générateur fournit les électrons nécessaires à la réduction, la bague doit être reliée à la borne négative du générateur de tension. 1.2. L’oxydant H + est présent dans la solution, il peut subir une réduction selon la demi­équation de réduction : 2H + (aq) + 2e – = H2(g) 1.3. À l’électrode en graphite (anode), il se produit une oxydation à l’origine d’un dégagement gazeux. Le seul réducteur présent est l’eau, on a 2H2O( l ) = O2(g) + 4H + (aq) + 4e – (2) 1.4. Ag + (aq) + e – = Ag(s) (1) ´4 + – 2H2O( l ) = O2(g) + 4H (aq) + 4e (2) 4Ag + (aq) + 2H2O( l ) = 4Ag(s) + O2(g) + 4H + (aq) 1.5.1. Q = I.Dt et Q =n(e ­ ).F ­ I.Dt = n(e ).F I.Dt
n(e ­ ) = avec Dt en s F 24 ´ 10 -3 ´ 80 ´ 60 n(e ­ ) =
= 1,2´10 –3 mol 96500 1.5.2. D’après les correspondances en mol appliquées à la demi­équation (1), on a n(Ag) déposé = n(e ­ ) = 1,2.10 ­3 mol 1.5.3. m(Ag) déposée = n(Ag) déposé x M(Ag) = 0,13 g
ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE Exercice I : Des esters dans nos cosmétiques