Le vin et ses composants, bac Asie Pacifique 2022.

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A. Dosage spectrophotométrique des ions fer dans un vin.
Un vin blanc contient du fer sous forme d'ion fer (II) Fe2+aq, et fer III, Fe3+aq. Si la teneur en fer dépasse 10 mg / L, on peut craindre la formation d'un précipité  blanc ( casse blanche pour le vin blanc).
On procède à un titrage spectrophotométrique des ions fer après avoir oxydé les ions fer (II), puis on les fait réagir avec des ions thiocyanate pour former une espèce colorée en solution.
Fe3+aq + SCN-aq --> (Fe (SCN)]2+ aq. ( couleur rouge).
On donne le spectre d'absorption de ces ions en phase aqeuse.
1. Justifier la couleur rouge de ces ions..

Le maximum d'absorption se situe vers 490 nm ( cyan). La solution possède la couleur complémentaire du cyan, c'est à dire le rouge.
2. Proposer une longueur d'onde à utiliser pour le titrage.
Pour une bonne précision on se place au maximum d'absorption ( 490 nm).

Protocole de préparation des solutions étalons.
numéro de la solution
 1
 2
 3
 4
 5
titre massique en ion fer III ( mg / L)
 1,0
 2,0
 3,0
 4,0
 5,0
Verser 10 mL de chaque solution dans un becher.
Ajouter 1,0 mL d'acide chlorhydrique concentré et 1,0 mL de solution de thiocyanate de potassium de concentration1,0 mol / L. ( ion en excès)
3. Pourquoi les ions thiocyanate doivent-ils être en excès.
On est ainsi certain que tous les ions fer(II) ont réagi.
 4. Déterminer le volume de solution mère ( titre massique 100 mg / L) à prélever pour préparer V = 50,0 mL de la solution n°2.
Facteur de dilution ; F = 100 / 2 = 50.
Volume à prélever : 50,0 / 50 = 1,0 mL.

Mesure et analyse.
On prépare une solution de vin notée Sv en mélangeant :
10,0 mL de vin blanc.
1,0 mL d'acide chlorhydrique concentré et 1,0 mL de solution de thiocyanate de potassium à 1,0 mol / L
4 gouutes d'eau oxygénée à 20 volumes..
On mesure l'absorbance de toutes les solutions.
5. Préciser la relation entre A et t. Donner le nom de cette loi.

Loi de Beer-Lambert, absorbance et titre  (ou concentration) sont proportionnelles.
6. Le vin présente t-il un risque de casse blanche ?
On a trouvé Av = 0,16.
t = A / 0,114 = 0,16 / 0,114 =1,4 mg / L.
Cette valeur étant inférieure à 10 mg / L, il n'y a pas de risque de casse blanche.

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 B. Synthèse d'un ester du vin..
Equation de la réaction de synthèse de l'éthanoate d'éthyle.
CH3COOH + CH3CH2OH = CH3 COO CH2CH3 + H2O (1).
Protocole :
Mélanger 115 mL d'acide éthanoïque et 117 mL d'éthanol. Placer au bain eau- glace.
Introduire 2,0 mL de ce mélange dans 7 tubes numérotés de 0 à 6. Mettre dans le bain eau glace.
Préparer une burette graduée contenant une solution d'hydroxyde de potassium à CB = 1,0 mol / L.
A t = 0 immerger les tubes 1 à 5 dans un bain marie d'eau bouillante et le tube 0 à température ambiante.
Aux dates t1 =2 min, t2 =7 min, t3 =12 min, t4 =20 min, t5 =35 min et t6 =50 min :
Retirer le tube "i" correspondant à la date ti et le plonger immédiatemment dans le bain eau glace.
Titrer l'acide éthanoïque de ce tube.
7. Pourquoi place t-on le tube "i" dans le bain eau glace juste avant le titrage ?
On réalise un blocage cinétique de la réaction d'estérification.
8. Montrer que le mélange réactionnel est équimolaire.
Acide éthanoïque : M = 60,0 g / mol ; densité 1,05.
Masse 115 x 1,05 =120,75 g ; n = 120,75 / 60,0 =2,01 mol.
Ethanol : M = 46,0 g / mol ; d = 0,789
Masse =117  x 0,789 =92,31 g ; n = 92,31 / 46,0 =2,00 mol.
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9. Vérifier que la quantité d'acide contenu dans chaque tube à la date t=0 est n0 = 17,3 mmol.
Dans 232 mL de mélange il y a 2,01 mmol d'acide.
Dans 2,0 mL il y a 2,01 x 2 / 232 =0,0173 mol = 17,3 mmol d'acide.

Equation support du titrage.
CH3COOH aq + HO- aq --> CH3COO-aq + H2O(l).
10. Quel est le rôle du bleu de thymol ?
Indicateur coloré de fin de réaction.
11. Définir l'équivalence pour la réaction support du titrage.
A l'équivalence, les quantités de matière des réactifs sont en proportions stoechiométriques.
12. En déduire que la quantité d'acide restant n ac, i à la date ti dans le tube "i" est nac, i = CB VB i.
VB i : volume de soude versé à l'équivalence.
A l'équivalence : nac i = quantité de matière de soude versée à l'équivalence = CB VB i.
13. Etablir le tableau d'avancement de la transformation chimique modélisée par la réaction (1).

 avancement (mmol)
 CH3COOH   + CH3CH2OH = CH3 COO CH2CH3 + H2O
initial
 0
 n0=17,3
 n0=17,3
 0
solvant
intermédiaire
 x
 n0-x
 n0-x
 x
à l'équilibre
 ni
 n0-ni= nac, i n0-ni= nac, i ni
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  14. Montrer que la quantité de matière finale d'ester dans le tube i à la date ti est ni = n0-CB VB i.
ni = n0-nac, i =n0-CB VB i.
Le tableau suivant regroupe les résultats :
tube i
 1
 2
 3
 4
 5
 6
V B i(mL)
 15,3
 11,3
 9,3
 7,3
 6,3
 6,3
ni mmol
 17,3-15,3=2,0
 6,0
 17,3-9,3=8,0
 10
 11
 11

15. Donner la valeur manquante.
17,3 -11,3 = 6,0.
16. Indiquer comment évolue la vitesse volumique d'apparition de l'ester au cours du temps.
17. Déterminer cette vitesse à t = 20 min.

La vitesse volumique est égale à la valeur absolue du coefficient directeur de la tangente à la courbe à la date considérée.
Or ces tangentes sont de moins en moins inclinées sur l'horizontale. La vitesse volumique de la réaction diminue au cours du temps.
A t = 20 min : 4 10-3 / 40 =1,0 10-4 mol min-1.
18. Déterminer le temps de demi-réaction..

19. Comparer ce temps à l'échelle de temps (plusieurs mois ) pour la production des esters du vin. Proposer une explication à cet écart.
Paramètres pouvant avoir une influence sur t½ :
 la température. ( le vin est conservé à des températures inférieures à 10°C).
Les concentrations des alcools et acides carboxyliques contenus dans le vin.

  
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