Aurélie 23/05/13
 

 

Ester, mécanismes de réaction, acide base, concours Puissance 11 ( Fesic ) 2013.

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Ester.
Les esters sont responsables du goût et de l'odeur agréable de nombreux fruits et fleurs ainsi que de parfums artificiels. Ainsi l'éthanoate de benzyle a l'odeur "fleurie" du jasmin.
L'éthanoate de benzyle peut-être synthétisé par la réaction suivante:
C6H5-CH2OH(l)+ CH3-COOH(l) = H20(l) + CH3-COO-CH2-C6H5 (1)
Protocole pour la synthèse de l'éthanoate de benzyle.
Introduire dans un ballon, avec précaution, 18,0 g d'acide éthanoïque CH3-COOH, 10,8 g d'alcool benzylique
C6H5-CH2OH, 3 gouttes d'acide sulfurique concentré et quelques grains de pierre ponce.
Chauffer le mélange à ébullition douce pendant 30 minutes environ avec le montage à reflux.
Laisser refroidir le mélange.
Introduire 50 mL environ d'une solution saturée de chlorure de sodium et mélanger.
Transvaser ce mélange dans une ampoule à décanter. Agiter. Laisser décanter les deux phases.
Après avoir séparé les phases, introduire dans la phase organique une pointe de spatule de sulfate de magnésium : un desséchant.
Après filtration, peser la phase organique.

Espèce chimique
acide
éthanoïque
Alcool
benzylique
Ethanoate
de benzyle
eau
eau
salée
masse molaire (g/mol)
60
108
150
18

Température ébullition °C
118
205
215
100

Densité
1,05
1,04
1,06
1
1,25
Solubilité dans l'eau
totale
faible
faible

totale
Solubilité dans l'eau salée
totale
faible
nulle
totale

a) L'utilisation du montage à reflux permet de dire que cette réaction n'est pas totale. Faux.
Cette réaction est lente : la température est un facteur cinétique.
b) La phase organique dans l'ampoule à décanter se trouve au-dessus. Vrai.
La phase la plus dense, l'eau salée, occupe la partie inférieure.
c) L'eau salée facilite la séparation entre les deux phases. Faux.
L'éthanoate de benzyle, le produit à isoler, est insoluble dans l'eau salée.
Lors d'un essai, la masse obtenue d'éthanoate de benzyle est égale à 7,5 g.
d) Le rendement de cette transformation chimique est égal à 50%. Vrai.
Recherche du réactif limitant :
n( acide acétique ) = 18/60 =0,3 mol ; n( alcool) = 10,8 / 108 = 0,10 mol ( réactif limitant ).
On peut au mieux obtenir 0,10 mol d'ester soit 0,10 *150 = 15 g.
Rendement 7,5 / 15 = 0,5.

Mécanisme de réaction :
a) Une flèche courbe correspond au déplacement d'un doublet d'électrons. Vrai.
b) L'ion hydrogène est un site donneur de doublet d'électrons. Faux.
H+ présente un défaut d'électron.
Une réaction de substitution peut être modélisée par l'équation suivante:
HO- + CH3Br ---> CH3-OH+ Br-.
Donnée : l'électronégativité du brome est supérieure à celle du carbone.
c) Le mécanisme suivant permet d'expliquer cette réaction de substitution. Faux.


d) L'atome de carbone lié au brome est un site donneur de doublet d'électrons. Faux.



.


L'acide acétylsalicylique est le principe actif de l'aspirine. La synthèse de l'acide acétylsalicylique peut être réalisée au laboratoire à partir d'acide salicylique et d'anhydride éthanoïque. La réaction de synthèse a pour équation :

Donnée : l'électronégativité de l'oxygène est supérieure à celle du carbone.
a) Le bilan de cette synthèse est une réaction de substitution. Faux.
Réaction d'estérification.
b) L'atome d'oxygène, désigné par la flèche ci-dessous, est un site accepteur de doublet d'électrons. Faux.


L'atome d'oxygène possèdant deux doublets d'électrons libres est donneur d'électrons.
En réalité la réaction de synthèse est un mécanisme qui se fait en plusieurs étapes dont la première étape a pour équation :

c) La réaction de la première étape du mécanisme est une réaction d'addition. Vrai.
Attaque nucléophile sur le carbone d'un groupe carbonyle de l'anhydride A.
d) La seconde étape du mécanisme de la réaction de synthèse est une réaction acido-basique. Vrai.
Mécanisme d'une estérification entre un acide carboxylique RCOOH et un alcool primaire R'OH, en milieu acide.





Lorsque le raisin est mûr, la concentration en saccharose (sucre) atteint ou dépasse 6,00.10-1 mol par litre de jus de raisin. Les vendanges peuvent commencer, les grappes de raisin sont à maturité optimale.
Le maitre de chais sait qu'il faut 18,0 g de sucre par litre de jus pour obtenir un degré d'alcool. Il utilise la réfractométrie, technique basée sur la mesure de l'indice de réfraction n d'un milieu transparent pour trouver la quantité de sucre dans ses jus de raisin et en déduire le degré d'alcool de son vin.
Dans un premier temps, il mesure l'indice de réfraction ni de différentes solutions Si de saccharose, de concentrations massiques Cmi connues, en les plaçant successivement dans une cuve traversée par un
rayon lumineux Doc n°l. Ses mesures sont rassemblées et permettent de tracer le graphe ni = f (Cmi) en Doc n°2.
Dans un second temps, il mesure l'indice de réfraction de deux échantillons A et B de jus de raisin vendangé quelque temps auparavant. Les résultats sont réunis dans le tableau du Doc n°3.


Données : masse molaire du saccharose: 342 g/mol.
L'indice de réfraction n d'un milieu transparent est donné par la relation n =c / v où c est lacélérité de la lumière dans le vide et v la célérité de la lumière dans le milieu considéré.
Loi de Descartes : l'angle d'incidence i1 dans le milieu 1 d'indice n1 et l'angle de réfraction i2 dans le milieu 2 d'indice n2 sont liés par la relation n1 sin i1 = n2 sin i2.
a) La réfraction est le changement de direction d'un rayon lumineux lorsqu'il traverse la surface de séparation de deux milieux transparents d'indice différent. Vrai.
b) Le jus B est plus sucré que le jus A. Vrai.
D'après le doc n°2, plus l'indice est élevé, plus la concentration du saccharose est grande.
c) Le raisin du jus A est mûr. Faux.
Lorsque le raisin est mûr, la concentration en saccharose (sucre) atteint ou dépasse 6,00.10-1 mol par litre de jus de raisin. 0,600 *342 ~205 g/L.
D'après le doc n°2 la concentration massique du jus en saccharose n'est que de 70 g/L.
d) Lejus B est un jus qui a un degré d'alcool supérieur à 12,5°. Vrai.
Il faut 18,0 g de sucre par litre de jus pour obtenir un degré d'alcool. 250 / 18 ~14°.




  
Le territoire du Québec possède de nombreux lacs appelés « lacs acides» dont le pH est inférieur ou égal à 5,0. Cette acidité d'origine naturelle ou humaine est survenue au cours des cent dernières années.
Touchés par les pluies acides, émises par les grosses industries, les résidents du lac des Hauteurs doivent pour contrer l'effet de l'acidité, épandre de la chaux sur leur terrain et planter des feuillus. La réduction
des émissions polluantes représente vraisemblablement la meilleure solution à long terme pour éliminer le problème des pluies acides. Toutefois, en attendant ces réductions, il faut parfois recourir à des solutions
temporaires: le chaulage représente l'une de ces rares alternatives.
Au Québec, le chaulage a été évalué expérimentalement par le ministère de l'environnement et de la faune. Une vingtaine de lacs, principalement dans la région des trois rivières sont maintenant chaulés.
Cette technique consiste à augmenter le pH du lac en y versant une base solide telle que le carbonate de calcium.
La réaction de chaulage considérée comme totale s'écrit :
Ca2+(aq)+ CO32-(aq)+ 2 H30+ ~ CO2 (aq)+ Ca2+(aq)+ 3 H2O(l)
Des demandes d'aides financières sont réclamées car le coût de la tonne de carbonate de calcium CaC03(s)se situe aux environs de 1200 euros et ces lacs ont des volumes pouvant atteindre 500 millions de m3. De plus, une fois réalisé, le chaulage du plan d'eau permet un retour à la normale pendant seulement une quinzaine d'années, il faut ensuite renouveler l'opération.
D'après le ministère du développement durable de l'environnement et des parcs.
Données : masse molaire du carbonate de calcium M = 100 g/mol ;
couples acide/base intervenant au cours du chaulage: CO2, H2O / HCO3-aq et
HCO3-aq / CO32-aq. V = 500 millions de m3.
a) Pour être qualifié d'acide, un lac de volume V doit contenir au minimum 5,0 millions de moles d'ions oxonium H30+. Vrai.
[H30+ ] =n / V =5,0 106 / (500 109) =10-5 mol/L. Par suite pH = 5.
b) L'ion carbonate CO32-aq est une espèce amphotère. Faux.
c) Pour obtenir un pH final égal à 6,0 dans l'eau d'un lac acide de volume V, de pH initial égal à 5,0, il faut y déverser environ 23 tonnes de carbonate de calcium. Faux.
Quantité de matière d'ion
H30+ : initiale : 5,0 106 mol ; finale : 5,0 1011* 10-6 =5,0 10-5 mol ; variation : 4,5 106 mol.
n(CaCO3) = 2,2
5 106 mol soit 2,25 106 *100 = 2,25 108 g = 225 tonnes.
d) Le coût du chaulage pour augmenter d'une unité le pH d'un lac de volume V dépasse les 200 000 euros. Vrai.
225*1200 =2,7 105 €.

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