Travaux pratiques - Olympiades de chimie
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OLYMPIADES DE LA CHIMIE 2004 EPREUVE PRATIQUE DES ELIMINATOIRES REGIONALES POITOU-CHARENTES le 4 février 2004 Synthèse du benzoate de méthyle Durée : 3H00 Le port de la blouse et des lunettes est obligatoire Intérêt de la manipulation : le benzoate de méthyle existe dans diverses huiles essentielles naturelles ( Ylang-ylang, œillet, etc.). C’est un liquide à forte odeur, aromatique, de caractère pharmaceutique. Il est utilisé en parfumerie. Données : caractéristiques des principaux produits utilisés : Acide benzoïque méthanol Benzoate de méthyle Masse molaire (g.mol-1) 122,13 32,04 136,16 Température de fusion (°C) 122,4 -93,9 -12,3 Température d’ébullition (°C) 249 64,96 199,6 Densité à 20°C par rapport à l’eau à 4°C - 0,7914 1,0888 PKa 4,19 16 - Solubilité dans l’eau ε ∞ i Solubilité dans l’éthanol ts ∞ s Solubilité dans l’éthoxyéthane ts ∞ ∞ Solubilité dans la propanone s ∞ Solubilité dans le méthanol s - s Symboles de solubilité : ε : peu soluble, s : soluble, ts : très soluble, ∞ : soluble en toutes proportions Mode opératoire : 1. Préparation du mélange réactionnel • Dissoudre les 20g d’acide benzoïque dans 50 à 60 mL de méthanol • Ajouter lentement, avec précaution, 2mL d’acide sulfurique (sous la hotte) • Refroidir le mélange • Introduire le mélange dans une fiole jaugée de 100mL et ajuster au trait de jauge avec du méthanol • Prélever exactement 50mL de la solution et les introduire dans un ballon de 250mL • Ajouter quelques grains de pierre ponce • Adapter un réfrigérant à boules sur le ballon • Porter le mélange à reflux pendant une heure 2. Dosage de l’acidité totale du mélange : l’estérification est pratiquement négligeable à la température ambiante malgré la présence du catalyseur • Prélever à la pipette 5mL du mélange initial contenu dans la fiole jaugée • Introduire les 5mL dans un erlenmeyer • Ajouter environ 10mL de méthanol et quelques gouttes de phénolphtaléine • Doser avec la solution d’hydroxyde de sodium à 0,25 mol.L-1 jusqu’au virage de l’indicateur (si un précipité apparaît ajouter un peu de méthanol) Effectuer deux essais concordants Noter le volume v1 de solution de NaOH versé 3. Traitement du mélange réactionnel après reflux • Arrêter le chauffage et laisser revenir le mélange à température ambiante • Prélever à la pipette 5 mL du mélange réactionnel, les introduire dans un erlenmeyer • Ajouter 10 à 15 mL de méthanol et quelques gouttes de phénolphtaléine • Doser avec la solution d’hydroxyde de sodium à 0,25 mol.L-1 jusqu’au virage de l’indicateur (si un précipité apparaît ajouter un peu de méthanol) Effectuer deux essais concordants Noter le volume v2 de solution de NaOH versé • Le mélange réactionnel restant est versé sur environ 50mL d’eau contenu dans un bécher • Décanter, éliminer la couche aqueuse ( remarque importante : éviter d’agiter trop fortement le mélange, pour éviter la formation d’une émulsion) • Laver la couche organique successivement avec 50mL d’une solution d’hydrogénocarbonate de sodium à 5% (attention à la surpression dans l’ampoule) puis 50mL d’une solution saturée de chlorure de sodium • Sècher la phase organique sur sulfate de magnésium anhydre • Peser l’ester obtenu (m3) NOM : PRENOM : OLYMPIADES DE LA CHIMIE 2004 EPREUVE PRATIQUE DES ELIMINATOIRES REGIONALES POITOU-CHARENTES Résultats et questions : I préparation du mélange réactionnel Barème I-1 Ecrire l’équation de la réaction 1 I-2 Pourquoi ajoute-t-on de l’acide sulfurique concentré ? 1 I-3 Pourquoi le mélange doit-il être refroidi avant d’être introduit dans la fiole jaugée ? 1 I-4 Quel est le rôle de la pierre ponce ? 1 I-5 Que signifie « chauffer à reflux » 1 points II Dosage de l’acidité totale du mélange Barème II-1 Que peut-on dire de la force de l’acide benzoïque (pKa=4,19) 1 II-2 Pourquoi parle-t-on d’acidité totale ? 1 II-3 Pourquoi ajoute-t-on du méthanol ? 1 II-4 Quel est le rôle de la phénolphtaléine ? 1 II-5 Quel est le rôle de la solution d’hydrogénocarbonate ? 1 II-6 Pourquoi lave-t-on la phase organique avec une solution saturée de chlorure de sodium ? 1 II-7 Quel est le rôle du sulfate de magnésium ? 1 II-8 Indiquer le volume v1 de solution de NaOH versé 2 II-9 Calculer le nombre de moles de H+ susceptibles d’être libérés dans 5 mL du mélange initial. En déduire le nombre de moles n1 de H+ dans 50mL du mélange initial. 2 Points II Dosage de l’acidité totale du mélange (suite) Barème II-10 Calculer le nombre de moles (n0 ) d’acide benzoïque dans 50mL du mélange initial 2 II-11 Indiquer le volume v2 de solution de NaOH versé 2 II-12 Calculer le nombre de moles de H+ susceptibles d’être libérés dans 5 mL du mélange réactionnel. En déduire le nombre de moles n2 de H+ dans 50mL. 2 II-13 Déduire des questions II-9 et II-10 le nombre de moles n3 d’acide benzoïque ayant réagi 1 II-14 Quelle masse d’ester m1 peut-on espérer obtenir ? 1 II-15 Quelle masse d’ester m2 auriez-vous obtenue si le rendement de la réaction était de 100% ? 2 II-16 Quelle masse d’ester m3 avez-vous réellement obtenue ? calculer le rendement de la réaction 2 Points II Dosage de l’acidité totale du mélange (suite) II-14 Comparer les masses m1, m2, m3 et faites un rapide commentaire de vos résultats Barème 2 III- Manipulation • • • • • Soin, Propreté Organisation Sûreté d’exécution Rapidité Réalisation du montage 10 Points
