Oxydation ménagée des alcools

Oxydation ménagée des alcools
Niveau :
Durée
Prérequis :
Formule de l’éthanol et classification des alcools
demi équation électronique
potentiel d’oxydoréduction d’un couple oxydant réducteur
Objectifs :
- Connaissance de la transformation de l’alcool primaire en aldéhyde et en
acide carboxylique par l’oxydation contrôlée .
- savoir faire des expériences d’oxydation contrôlée
matériels :
1 bécher ou un ballon ( le ballon est meilleur que le bécher parce que les
vapeurs d’éthanol se concentrent dans son col étroit)
1 bécher ou un tube à essai
1 lampe à alcool ou un bec bunsen
1 canne de verre ou agitateur
1 support trépied
solution d’éthano (alcool à 95° et alcool courant)
quelques gouttes d’acide sulfurique concentré
papier de tournesol bleu
solution de permanganate de potassium
fil de cuivre
Produits :
Mots clés :
Classe d’un alcool, oxydation ménagée, oxydation complète, aldéhyde,
acide carboxylique
Déroulement:
Activités du professeur
première partie :
Le professeur fait le montage de l’expérience « lampe sans flamme »
agitateur
papier
imbibé de
réactif de
Schiff
papier de
tournesol
fil de cuivre
incandescence
éthanol
danger !
la lampe à alcool peut être remplacée par une brique chauffée
Activités des élèves
Les élèves regardent le montage fait
par le professeur et représentent le
montage sur leur cahier.
Le professeur donne les marches à suivre
pour l’expérience :
Chauffons doucement à la lampe à alcool
une petite quantité d’éthanol à 95° contenue dans un bécher.
chauffons un fil de cuivre à incandescence
à la flamme de la lampe à alcool et plaçons
danger !
le professeur doit être très attentif au travail des élèves et limiter le nombre de groupes
éventuels
Le professeur demande aux élèves de chaque groupe d’observer sa propre expérience et pose les questions :
− Quand on chauffe l’éthanol, qu’estce que vous observez?
− Après que vous avez placé le fil de
cuivre incandescent dans le bécher,
qu’est-ce que vous observez?
− Quelle odeur sentez-vous
− distinguez les odeurs entre le début et la
fin de l’expérience.
Les groupes d’élèves font éventuellement
le montage comme le professeur.
Attention aux risques d’inflammation : si
l’éthanol du bécher s’enflamme, il faut
couvrir le bécher.
Si un élève se brule en renversant le bécher, il faut le couvrir d’un coton pour
étouffer les flammes.
−
les vapeurs d’alcool
−
le fil reste incandescent
−
−
l’odeur fruitée de pomme
au début l’odeur d’alcool et après l’odeur de pomme
Le professeur explique que l’odeur de
pomme caractérise la présence d’un aldéhyde (éthanal) de formule CH3-CHO
−
Quelques minutes après le commencement de l’expérience (après l’odeur
de pomme), vous sentez une odeur de
vinaigre et en même temps que devient
le tournesol bleu
il rougit
Le professeur explique que le virage au
rouge du papier de tournesol est la preuve
de la présence d’un acide et l’odeur de vinaigre montre que c’est l’acide acétique ou
acide éthanoïque : CH3-COOH
Le professeur demande à un élève d’écrire la formule de l’éthanol au tableau
Comparez les nombres d’atomes de
chaque élément constituant les formules de
l’éthanol CH3-CH2OH et de l’éthanal CH3CHO
La chaîne carbonée est-elle modifiée ?
la formule de l’éthanol : CH3-CH2OH
- même nombre d’atomes de carbone (2
atomes), même nombre d’atomes d’oxygène (1 atome) mais l’éthanal possède 2
atomes d’hydrogène de moins que l’éthanol
Le deux atomes d’hydrogène qui se détachent de la molécule d’éthanol se combinent avec l’oxygène de l’air en donnant
une molécule d’eau :
H2 +½O2 → H2O
Le professeur demande à chaque groupe
d’observer le fil de cuivre avant et après
la réaction .
Dans ce cas, est-ce que le cuivre intervient
dans la réaction ?
Comment l’appelle-t-on ?
Le professeur demande à un élève d’écrire
l’équation bilan (1) et (2)
le cuivre ne change pas de couleur.
Non, il n’intervient pas
un catalyseur
CH3-CH2OH → CH3-CHO + H2
H2 + ½ O2 → H2O
Cu
Remarque :
s’il n’y a pas la présence de l’oxygène de
l’air dans le ballon ou le bécher, seulement
la réaction (1) se manifeste et l’on n’obtient pas d’acide éthanoïque.
Le professeur demande aux élèves de
comparer le nombre d’atomes de chaque élément constituant dans la formule de l’éthanal CH3-CHO et de l’acide
éthnanoïque CH3-COOH.
d’où vient cet atome d’oxygène ?
Le professeur demande à un élève d’écrire
l’équation de la transformation de l’aldéhyde en acide en présence de l’air
composé
Complétez le pourcentage massique de l’oxygène dans le tableau
suivant :
CH3-CH2OH + ½ O2 → CH3-CHO + H2O
même nombre d’atomes de carbone, même
nombre d’atomes d’hydrogène mais l’acide éthanoïque possède un atome d’oxygène de plus.
CH3-CHO + ½ O2 → CH3-COOH
Formule
M-g.mol-1 % massique en O
éthanol
éthanal
acide éthanoïLes élèves complètent le tableau
composé
Formule
M-g.mol-1 % massique en O
éthanol
CH3-CH2OH
46
34,8
éthanal
CH3-CHO
44
36,4
acide éthanoï-
CH3-COOH
60
53,3
Que constatez vous pour les pourcentages massiques de l’oxygène ?
Les pourcentages massiques de l’oxygène
augmentent de l’éthanol à l’acide éthanoïque
Le professeur explique :
A cause de l’augmentation du pourcentage
en masse de l’oxygène dans l’éthanal et
dans l’acide éthanoïque dans ces réactions,
on appelle ces dernières des oxydations.
Le professeur rappelle que la chaîne carbonée n’a pas été modifiée (ni détruite) :
l’oxydation est dite « ménagée ».
L’oxydation ménagée ou contrôlée diffère
de l’oxydation complète (qui donne naissance de CO2 et H2O et où la chaîne carbonée est détruite)
Le professeur demande à chaque groupe
de nettoyer et de ranger le matériel
les élèves nettoient et rangent le matériel
EXERCICES
Les élèves peuvent chercher par groupe et ensuite un élève va faire le
corrigé au tableau
1
Le propanol 1 : CH3-CH2-CH2OH est oxydé par l’oxygène de l’air en aldéhyde oxydé lui même en acide.
Ecrire les équations bilan des oxydations
2
1 On oxyde de façon ménagée un mélange d’éthanol et d’éthanal par l’air en présence de cuivre.
Ecrire les équations bilans des réactions
2 Après l’oxydation totale, on ajoute de l’eau pour obtenir 100 cm3 de solution.
On prélève 10 cm3 de cette solution et on dose^par une solution d’hydroxyde de sodium
de concentration c = 2 mol.L-1. Il faut verser 7,5 cm3 pour obtenir l’équivalence.
a Déterminez le nombre de moles d’acide éthanoïque obtenu dans la réaction d’oxydation
b Calculez la composition initiale en masse sachant que la masse du mélange était
de 6,7 g
Réponses :
1
L’oxydation de CH3-CH2-CH2OH :
CH3-CH2-CH2OH + ½ O2 → CH3-CH2-CHO + H2O
L’oxydation de CH3-CH2-CHO :
CH3-CH2-CHO + ½ O2 → CH3-CH2-COOH
Equation bilan :
CH3-CH2-CH2OH + ½ O2 → CH3-CH2-CHO + H2O
CH3-CH2-CHO + ½ O2 → CH3-CH2-COOH
CH3-CH2-CH2OH +
O2 → CH3-CH2-COOH + H2O
2
2)
a ) : 0,15 moles d’acide éthanoïque
b) 2,3 g d’éthanol et 4,4 g d’éthanal
Activités du professeur
Le professeur groupe les élèves et distribue
le matériel à chaque groupe :
1 tube à essai
1 pince
1 lampe à alcool
Le professeur montre aux élèves deux béchers : l’un contenant de l’éthanol incolore
et l’autre de la solution de permanganate de
potassium violet acidifié par l’acide sulfurique concentré. Ensuite il explique la marche de l’expérience:
versez environ 2 mL d’éthanol dans le tube
à essai et ajoutez le même volume de la solution de permanganate de potassium acidifiée. Chauffez doucement le tube à essai
Comment est la couleur dans le tube à essai
après le chauffage ?
Activités des élèves
solution de permanganate de
potassium acidifié (violet)
éthanol
(incolore)
la solution dans le tube à essai est incolore
solution
incolore
solution
violette
avant le
chauffage
chauffage
après le
chauffage
Le professeur explique :
1 La couleur violette est due à lion MnO42 La décoloration est due à la présence de
l’ion Mn2+
3 MnO4-_ est un oxydant, pourquoi ?
La demi équation s’écrit :
MnO4- + 8HO++ 5e- → Mn2+ + 12 H2O
L’éthanol est oxydé en éthanal selon la
demi équation :
plusieurs réponses possibles :
- à partir du nombre d’oxydation
- en regardant la classification des
couples rédox
-
Ecrivez l’équation bilan au tableau :
( MnO4- + 8H3O++ 5e- → Mn2+ + 12
H2O
)×2
( CH3-CH2OH + 2H2O → CH3-CHO + 2H3O+
+ 2e-)×5
Donnez la valeur du potentiel d’oxydo réduction du couple MnO4-/Mn2+ en lisant le
tableau.
On en conclue que MnO4- est un oxydant
fort.
Comme MnO4- est un oxydant fort, la réaction peut continuer jusqu’à l’obtention d’acide éthanoïque. Si l’ion MnO4- est en excès, on obtient uniquement de l’acide éthanoïque.
Ecrivez la demi équation d’oxydation
de l’éthanal en acide
E0
MnO
−
4
/ Mn 2 +
= 1,51 V
Un élève écrit la demi équation au tableau
CH3-CHO + 3H2O → CH3-COOH Un
élève écrit l’équation bilan au tableau et le
autres regardent et copient dans leur cahier
( MnO4- + 8H3O++ 5e- → Mn2+ + 12
H2O )×2
(CH3-CHO + 3H2O→ CH3-COOH+
2H3O++ 2e-)×2
Le professeur explique que l’oxydation de
l’éthanol en éthanal et ensuite en acide éthanoïque par l’ion en milieu acide est une
oxydation ménagée
Remarque :
Le professeur peut ne faire qu’une des deux
expériences (lampe sans flamme ou oxydation par le permanganate de potassium) selon les possibilités
Le professeur demande à chaque groupe
de nettoyer et de ranger le matériel
les élèves nettoient et rangent le matériel
EXERCICE
1
Ecrire l’équation de la réaction d’oxydation de l’éthanol en acide éthanoïque en passant par l’éthanal par les ions permanganate en milieu acide (équation bilan) et tirez
la conclusion.
2
Ecrivez l’équation bilan d’oxydation ménagée de l’éthanol en acide éthanoïque par
l’ion pemanganate en milieu acide.
3
Ecrivez l’équation de la réaction d’oxydation du propanol 1 CH3-CH2-CH2OH par les
ions pemanganate en milieu acide
REPONSES
1
5 CH3-CH2OH + 2 MnO4- + 6 H3O+ → 5CH3-CHO + 2Mn2+ +14H2O
5 CH3-CHO + 2 MnO4- + 6 H3O+ → 5CH3-COOH
+ 2Mn2+ + 9H2O
5 CH3-CH2OH + 4 MnO4- + 12 H3O+ → 5 CH3-COOH
+ 4 Mn2+ + 23 H2O
Cette équation montre que l’éthanol est oxydé jusqu’à l’acide éthanoïque par l’ion permanganate en milieu acide, qui est un oxydant fort.
2
Les deux demiéquations s’écrivent :
( MnO4- + 8H3O+ + 5 e- → Mn2+ +12H2O ) ×4
( CH3-CH2OH + 5H2O → CH3-COOH + 4 H3O++ 4 e- ) ×5
5 CH3-CH2OH + 4 MnO4- + 12 H3O+ → 5 CH3-COOH
+ 4 Mn2+ + 23 H2O