Enoncé TP N°2 - CPGE Brizeux

PCSIBrizeux
TPN°2
Altmayer-Henzien2016-2017
TPN°2:RÉACTIONDECANNIZZARO-PARTIE1:TECHNIQUESDESÉPARATION
Objectif : Le but de ce TP est de mettre en œuvre des techniques de séparation (de deux liquides non
misciblesoud'unmélangeliquide/solide)àlasuited'unesynthèse.
I. Introduction:LaréactiondeCannizzaro
Lebenzaldéhydeestutilisédansl'industrieagro-alimentairecommearôme(odeurd'amandeamère).
Enprésenced'unesolutionaqueused'hydroxydedesodium(Na++HO−),lebenzaldéhydeestsusceptible
deréagirsurlui-mêmeselonlaréactiondeCannizzaro:
O
O
H
2
+
ion
hydroxyde
benzaldéhyde
O
HO −
ion benzoate
OH
+
alcool benzylique Onformel'alcoolbenzylique(antiseptiqueàlargespectrebactéricideetfongicide)ainsiquel'ionbenzoate,
base conjuguée de l'acide benzoïque (couple C6H5COOH/C6H5COO−). L'acide benzoïque est utilisé comme
conservateuretagentfongicidedansdenombreusesboissons"light"souslacodificationE210.
Document1:Donnéesphysiquesetsécurité
Composé
Benzaldéhyde
Masse
molaire
−1
(g·mol )
106
Tfus
(°C)
−56
Teb
(°C)
178
Densité
1,04
Solubilité
Dansl'eau:faible
Dansl'éther:très
élevée
Autresdonnées
utiles
Miscibleavec
l'alcool
benzylique
Sécurité
Nocifparingestion.
Peutcauserdes
irritations
oculaires.
Alcool
benzylique
Acide
benzoïque
(C6H5COOH)
Benzoatede
sodium
−
(C6H5COO ,
+
Na )
Ether
diéthylique
Et2O
108
122
-
−15
122
-
205
-
-
1,04
-
-
Dansl'eau:assez
−1
faible40g·L à17°C
Dansl'éther:très
élevée
Indicede
réfraction
𝑛!!" = 1,5384
Dansl'eau:
−1
1,5g·L à10°C
−1
2,4g·L à25°C
−1
68g·L à95°C
Dansl'éther:faible
−1
(2,4g·L à25°C)
Couple
C6H5COOH/
−
C6H5COO :
pKA=4,2
Dansl'eau:trèsélevée
−1
(400g·L à20°C)
Dansl'éther:nulle
Baseconjuguée
del'acide
benzoïque
Nocifparingestion
ouinhalation.
Nocifparingestion.
Peutcauserdes
irritations
oculaires.
Peutcauserdes
irritations
oculaires.
-
-
35
0,70
Faiblementmiscible
avecl'eau
-
Nocifparingestion.
Peutcauser
somnolenceet
vertige.
Trèsinflammable.
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II. Travailpréparatoire
1. Dansquelétatphysiqueestl'acidebenzoïqueàlatempératuredulaboratoire?C'estsouscetteforme
qu'ilfaudralerécupérerenfindeTP.
2. Calculer les quantités de matière des réactifs engagés dans la réaction de Cannizzaro. (Donnée
supplémentaire:MNaOH=40g·mol−1)
3.Déterminerlevolumedebenzaldéhydequ'ilafallupréleverainsiquelaquantitédematièremaximale
d'acidebenzoïquequ'ilestpossibledeformersilaréactionestquantitative(=quasi-totale).
4. Ecrire l'équation de la réaction acido-basique pouvant avoir lieu entre l'ion benzoate C6H5COO− et de
l'acidechlorhydrique.(Donnéesupplémentaire:Onprécisequel'acidechlorhydriqueestunacidefort:dans
l'eau, il forme H3O+(aq) et Cl−(aq).) Cette réaction est dite "exothermique ": la température du milieu
réactionnelaugmente.
5.Tracerlediagrammedeprédominancedel'acidebenzoïque.
Document2:Diagrammedeprédominanced'uncoupleacide/base
SoitAH/A−uncoupleacide/basedontlepKAestdonné.Lediagrammedeprédominanceestreprésentécidessous:
III. SéparationdesproduitsforméslorsdelaréactiondeCannizzaro
Consignes:
»
L’organisationlorsd’unTPestprimordiale.Avantdecommencerlamanipulation,ilestobligatoirede
lire intégralement l’énoncé. Les temps d’attente devront être exploités au mieux (anticipation des
prochaines étapes du protocole, rédaction du compte-rendu, préparation des calculs pour le
rendement…).
»
Il vous est demandé d’être particulièrement vigilants en ce qui concerne la sécurité. Les produits
doiventêtremanipulésaveclematériel de protectionadapté.Vousveillerezàcequevotrepaillasse
soitenpermanencepropreetbienrangée.
Sur votre paillasse, se trouve un erlenmeyer de 100 mL contenant le milieu réactionnel à l'issue d'une
réactiondeCannizzaro.Pourcela,2,0gd'hydroxydedesodiumontétédissousdans4,0mLd'eaupuis5,0g
debenzaldéhydeontétéajoutésàcettesolutionbasique.Unbarreauaimantéaétéintroduitetlemélange
réactionnelaétéagitéàtempératureambiantependant48h(erlenmeyerbouché).
Onobtientainsiunmélangeconstituéprincipalementd'alcoolbenzyliqueetdebenzoatedesodiumdans
l'eau.Lemilieuesttrèsbasique(carHO−estenexcès).Ilpeutéventuellementresterdubenzaldéhydesila
réactionn'apasétéquantitative(=quasi-totale).
Lebutestd'effectuerlaséparationdesproduitsdelaréaction,demanièreàrécupéreruniquementl'acide
benzoïque.
Utiliserl'ensembledesdocumentsainsiquelesfichesTPdistribuéespour:
» Proposerunprotocolepourséparerlesconstituantsdumélange;
» Récupéreretisolerl'acidebenzoïque.
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Document3:Matérielàdisposition
•
•
•
•
•
•
•
Erlenmeyercontenantlemélangeàséparer
Etherdiéthylique
Solution d'acide chlorhydrique à 6 mol·L−1
(Attention,solutiontrèsconcentrée)
Glacepilée
Erlenmeyersde100mL
Eprouvettegraduée
Agitateurmagnétique+barreauaimanté
•
•
•
•
•
•
•
Ampouleàdécanter+bouchon+support
1entonnoirenverre
Cristallisoir
Ampouledecoulée+support
PapierpH+baguetteenverre+coupelle
1entonnoirBüchner+fioleàvide
Filtresronds
IV. Consignesetquestionssupplémentairespourlecompte-rendu
Document4:Critèresgénérauxderédactiond'uncompte-renducompletdanslecahierdeTP
»
»
»
»
»
»
Travailsoigné(lisible,aéré,résultatsencadrés).
L'objectifdesmanipulationsestrappelé.
S'il n'est pas fourni dans l'énoncé du TP, le protocole des manipulations doit être détaillé : un
expérimentateur avisé doit pouvoir refaire les manipulations à l'aide de votre compte-rendu. Un
schémalégendéestsouhaitable.
Lesrésultatsexpérimentauxetobservationsfigurentclairement.
L'exploitation des résultats est détaillée avec rigueur (les formules utilisées sont rappelées ; les
courbes éventuelles sont jointes au compte-rendu, munies de leur titre, légende, ... ; les calculs
détaillés;lesrésultatssontprésentéssipossibleavecleurincertitude).
Lesrésultatssontvalidésparuneconclusionobjective,etéventuellementcomparésàdesgrandeurs
tabulées.
Q1. Combien de phases y a-t-il dans le milieu réactionnel au début du TP ? Donner la composition de
chacunedesphases.
Q2. Réaliser un organigramme bilan permettant de récupérer et isoler l'acide benzoïque d'une part ainsi
quel'alcoolbenzyliqued'autrepart.
Q3.Détaillerleprotocolemenépourséparerlaphasecontenantl'ionbenzoatedecellecontenantl'alcool
benzylique.Faireunschémalégendédelaverrerieutiliséeavecsoncontenu.
Q4.Détaillerleprotocolemenépourisolerl'acidebenzoïque.Indiquerl'aspectduproduitobtenu.
Q5.Indiquerlerendementbrutdelasynthèse,calculéàpartirdelaquantitéd'acidebenzoïqueobtenue.
Conclusion : Un des produits de la réaction de Cannizzaro, l'acide benzoïque, a vraisemblablement été
isolé, mais.... comment en être sûrs ?? Est-ce bien le produit attendu ? Est-il pur ? On mettra en œuvre
différentestechniquesdepurificationetd'analysedansleprochainTPafinderépondreàcesquestions.
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V. Evaluation
Compétences
Evaluation
S’approprier
• Lire et comprendre l’énoncé, se
mobiliser en cohérence avec les
consignes.
Analyser
• Proposer ou justifier les étapes de
traitementd’unesynthèseorganique.
Réaliser
• Respecterlesconsignesdesécurité.
• Organisersonpostedetravail.
• Mettre en œuvre une extraction
liquide-liquide
• Séparerunliquideetunsolideetlaver
unsolide.
• Mettreenœuvreunepesée«àmasse
constante»d’unsolide.
Valider
• Déterminer
synthèse.
le
rendement
d’une
Communiquer
• Utiliserunvocabulaireprécis.
• Présenter, formuler une proposition,
une argumentation ou une conclusion
de manière cohérente, complète et
compréhensible.
• Rédiger un compte-rendu soigné et
organisé.
Etreautonome,faire
preuved’initiatives
• Travaillerseul,prendredesinitiatives.
• Analyser ses difficultés et demander
uneaidepertinente.
• Travaillerrapidement.