D - Olympiades de chimie

Olympiades de Chimie. Académie d’Amiens. Février 2003.
Candidat :
Nom :
Prénom :
Lycée :
Note / 20 :
Durée de l'épreuve : 1 h 15
Note :
Les questions sont dans une grande majorité indépendantes les unes des autres.
I. SYNTHESE D'UN COMPOSE A PARFUM DE PÊCHE OU D'ABRICOT
L'ester D est préparé à partir d'un acide carboxylique A et d'un alcool B en
présence d'un acide HX qui joue le rôle de catalyseur
CH3-CH2-CH2-COO-CH2-CH=CH2
D
1. Donner la formule brute de D. Calculer sa masse molaire. On donne MC = 12
g.mol-1 ; MH = 1 g.mol-1 et MO = 16 g.mol-1.
2. Donner le nom de D.
3. Donner la formule semi-développée de A et de B. Donner leur nom.
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4. Quel est le nom de la réaction qui donne l'ester D à partir de A et de B en
présence de HX ?
5. Ecrire l'équation bilan de la réaction.
6. On chauffe à reflux, sous la hotte, pendant une heure, un mélange constitué
de 10,5 mL de A, 33 g de B et 1,5 mL de HX avec un montage approprié. On donne
pour A : dA = 0,954 g.cm-3 et MA = 88 g.mol-1 et pour B : MB = 58 g.mol-1.
-Pourquoi chauffer à reflux ?
- Quel est le réactif limitant ? Justifier.
- Quels sont les intérêts d'avoir un réactif en excès ?
- Quelle autre méthode pourrait-on utiliser pour favoriser la formation de
l'ester D ?
7. Après avoir refroidi le milieu réactionnel, on le place dans une fiole jaugée de
50,0 mL. On rince avec un peu d'eau distillée le dispositif qui a servi à la
réaction. On le rajoute au contenu de la fiole jaugée et on complète avec de l'eau
distillée. On prélève 5,0 mL de la fiole jaugée avec une pipette jaugée. On les
place dans un becher contenant une électrode de pH. On dose le mélange avec
une solution de NaOH à 0,60 mol.L-1. L'acide HX présent comme catalyseur est
un acide fort. L'acide carboxylique A a un pKA de 4,9. Voir l'annexe 1.
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- Déterminer à quels acides correspondent chaque saut de pH.
- Calculer le nombre de moles d'acide carboxylique A n'ayant pas réagi dans
l'échantillon de 5 mL.
- Déterminer le nombre de moles total d'acide carboxylique n'ayant pas réagi.
- Déterminer le rendement théorique de la réaction de formation de l'ester D.
8. On recommence la même opération : on prélève 5,0 mL de la fiole jaugée avec
une pipette jaugée. On les place dans un becher puis on rajoute 100 mL d'eau
distillée. Le dosage est cette fois-ci suivi par conductimétrie. La conductivité
est tracée en fonction du volume de soude ajouté. Voir l'annexe 2.
- Les résultats sont-ils concordants avec le dosage pH-métrique ?
- Expliquer l'évolution de la conductivité de la portion de droite 1.
- Même chose pour la portion 2.
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- Même chose pour la portion 3.
9. Lorsque l'on traite le mélange réactionnel, on obtient 10,6 g d'ester D purifié,
en tenant compte des deux dosages précédents.
- Donner le rendement de la réaction.
- Le comparer avec le rendement théorique. Conclure.
II. ETUDE DE TENSIO-ACTIFS
II.1. LE SDS
On étudie dans cette partie le dodécylsulfate de sodium noté SDS :
CH3(CH2)11SO3-Na+.
10. Donner la définition d'un tensio-actif.
11. Quelle est l'utilité d'un tensio-actif ?
12. Justifier les propriétés tensio-actives du SDS.
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13. Expliquer en quoi consiste une micelle.
14. Dessiner la disposition des molécules de SDS lorsqu'elles forment une micelle
dans l'eau.
15. Même chose dans un solvant organique.
16. La formation des micelles n'est possible que si la concentration en ions
dodécylsulfates est suffisamment élevée. La concentration micellaire critique
(CMC) est la concentration limite au delà de laquelle les micelles existent.
Lorsque la concentration en SDS est inférieure à la CMC, les ions
dodécylsulfates et les ions sodium sont libres en solution. Lorsque l'on mesure la
conductivité de solutions de SDS en fonction de la concentration en SDS, on
obtient la courbe en annexe 3.
- Déterminer la CMC.
- Justifier la portion de courbe 1.
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- Justifier la portion de courbe 2.
II.2. LES SAVONS
Les savons sont un mélange de carboxylates de sodium ou de potassium.
17. Comment sont obtenus les savons ?
18. Expliquer l'action détergeante des savons.
19. En présence d'ions calcium, l'action détergeante des savons est inhibée car
les carboxylates donnent un précipité avec les ions calcium. Donner la définition
d'un précipité.
20. Les lessives ne sont donc pas utilisables avec une eau dure. La dureté d'une
eau est donnée par la concentration en ions Mg2+ et Ca2+ exprimée en mmol.L-1. En
France, cette dureté est exprimée en degré hydrodimétrique français, noté D et
exprimé en °TH. Par définition D(°TH) = 10.C si C est en mmol.L-1.
En regardant l'emballage de lessives ou de produits "anti-calcaires" on trouve :
Eau peu dure
dureté <20°TH
Eau dure
dureté de 20 à 35°TH
Eau très dure
dureté >35°TH
La dureté d’une eau est déterminée par dosage avec une solution d’EDTA (noté
Y4-) en présence de noir ériochrome T.
- Quelle est l’action des produits "anti-calcaire" ?
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- Ecrire les équations de la réaction de titrage.
- Quel est le type de dosage utilisé ici ?
- Quel est le rôle du noir ériochrome T ?
21. On utilise une solution d’EDTA à 2,0.10-3 mol.L-1 en présence de noir
ériochrome T. On dose 10,0 mL d’une eau inconnue à laquelle on a rajouté 20 mL
de solution tampon à pH = 10. On trouve VE = 15,0 mL.
- Déterminer la concentration en ions calcium et magnésium de l’eau.
22. En déduire la dureté de l’eau.
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ANNEXE
pH en fonction du volume de soude versé
ANNEXE 1
Saut 2
Saut 1
ANNEXE 2
Conductivité en fonction du volume de soude versé
(échelle arbitraire)
3
1
2
8
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ANNEXE 3
(échelle arbitraire)
Conductivité en fonction de la concentration en SDS
2
1
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