Acide méthanoïque, Bac Métropole 9 /9 / 2022. Acide base, synthèse du méthanoate d'éthyle. En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts. . . . . . . .. .. ...... ... Sur l’étiquette du flacon de l’acide méthanoïque concentré commercial utilisé, on lit que le titre massique minimum est de 85 %. La densité mesurée de ce produit est mesurée, elle vaut 1,19.  1. Propriétés acido-basiques de l’acide méthanoïque. Pour étudier les propriétés acido-basiques de l’acide méthanoïque, une solution aqueuse d’acide méthanoïque, notée S, est préparée à partir de 1,0 mL d’acide méthanoïque concentré commercial dilué dans une fiole jaugée de 250 mL. Le titrage d’un volume V = 25,0 mL de solution S est réalisé et suivi par pH-métrie. La solution titrante est une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium de concentration cB égale à 0,20 mol·L–1. La courbe du suivi pHmétrique est donnée. Q1. Écrire l’équation de la réaction support du titrage. HCOOH aq + HO-aq --> HCOO-aq + H2O(l). Q2. Déterminer la valeur de la concentration en quantité de matière d’acide méthanoïque présent dans la solution S. n = CB Véq = 0,20 x 11 10-3 =2,2 10-3 mol dans 25 mL de solution S. Soit pour la solution S : 2,2 / 25 =0,088 mol / L. Solution commerciale : 0,088 x 250 =22 mol / L  Q3. En déduire la valeur du titre massique d’acide méthanoïque de la bouteille utilisée. Commenter. 22 x M(HCOOH )= 22 x 46 =1,01 103 g / L. Concentration massique d'après les données de l'étiquette : 1,19 x 0,85 =1,01 kg / L. Les résultats concordent.  On utilise les valeurs de pH mesurées au cours de ce titrage pour déterminer si l’acide méthanoïque peut être considéré comme un acide fort ou un acide faible. L’exploitation des mesures de pH permet d’obtenir la figure ci-dessous : Q4. Écrire l’équation de la réaction dont la constante thermodynamique d’équilibre correspond à la constante d’acidité Ka du couple acide méthanoïque / ion méthanoate. HCOOH aq + H2O(l) = HCOO-aq + H3O+aq. Q5. Estimer, en expliquant la démarche, à l’aide des figures, la valeur de la constante d’acidité Ka du couple acide méthanoïque / ion méthanoate à la température du titrage. pH = pKa =3,6 à la demi équivalence du titrage. Ka = 10-3,6 ~2,5 10-4.  La valeur tabulée de la constante d’acidité associée à ce couple est égale à 1,75×10-4 à 25 °C. Q6. Identifier une des causes expliquant l’écart entre la valeur tabulée et la valeur calculée à la question Q5 de la constante d’acidité Ka du couple acide méthanoïque / ion méthanoate. Imprécision sur le volume équivalent. Pour Véq = 11,4 mL on trouve pKa =3,8. ( Ka =2,5 10-4 ). Hydroxyde de sodium carbonaté, imprésicion sur sa concentration. On étudie une solution aqueuse d’acide méthanoïque de concentration initiale en soluté apportée cA. Q7. Montrer que le quotient de réaction, noté Qr, associé à la réaction écrite à la question Q4, s’écrit :  Qr = [H3O+]2 / ([CA-[H3O+] c°)  avec c° la concentration standard. Qr =[H3O+][HCOO- ] / ([HCOOH] c°). [H3O+] =[HCOO- ]. CA = [HCOO- ] +[HCOOH]. Par suite : Qr = [H3O+]2 / ([CA-[H3O+] c°)  Q8. Montrer que l’on peut estimer la valeur de KA à une température donnée avec la relation suivante : KA= tf 2·cA / ((1-tf)c°) avec tf le taux d’avancement final. [H3O+]f =tf ·cA ; CA-[H3O+]f =CA(1-tf ). KA=Qr f =(tf ·cA)2 / (CA(1-tf )c°)=tf 2·cA / ((1-tf)c°). Le taux d’avancement tf vérifie une équation du 2nd degré de la forme : A ·tf 2 + B · tf + C = 0 avec A, B et C des constantes. Le calcul du taux d’avancement est effectué à l’aide d’un programme écrit en langage Python dont un extrait est donné :   4 # Demandes des valeurs utiles. 5. cA=float(input("Indiquer la concentration apportée cA (en mol/L) de l’acide :")) 6.KA=float(input("Indiquer la valeur de la constante d’acidité KA :")) 7. c° = 1.0 # valeur de la concentration standard en mol/L 8 9 # Equation du 2nd degré vérifiée par le taux d’avancement 10.# équation du type : A ·tf ^2 + B · tf + C = 0 11. A = ? # expression de A 12. B= ?  # expression de B 13. C = ? # expression de C Q9. Compléter les lignes 11, 12 et 13 permettant au programme d’être exécuté. Détailler la démarche. tf 2·cA =KA ((1-tf)c°). tf 2·cA +KA c°tf -KA c° =0. A = cA  ; B = KA c° ;C = -KA c°.  Pour une solution aqueuse d’acide méthanoïque de concentration apportée égale à 8,8×10−2 mol·L–1, le résultat obtenu par le programme est donné ci-dessous : Indiquer la concentration apportée cA (en mol/L) de l’acide :0.088.  Indiquer la valeur de la constante d’acidité KA :1.75e-4  Il y a 2 solutions possibles pour le taux d’avancement final : tau1 = -0.046 tau2 = 0.044 Q10. À partir des résultats ci-dessus du programme, déterminer en justifiant si l’acide méthanoïque peut être considéré comme un acide fort ou un acide faible dans l’eau dans les conditions de l’expérience. On retient la valeur positive 0,044. Cette valeur étant très inférieure à 1, l'acide méthanoïque réagit partiellement avec l'eau ; c'est un acide faible. ... .... 2. Synthèse du méthanoate d’éthyle à partir d’acide méthanoïque. Le méthanoate d’éthyle peut être utilisé, par exemple, comme solvant organique, mais également pour donner une odeur de rhum à un aliment. La synthèse du méthanoate d’éthyle se fait à partir d’acide méthanoïque et d’éthanol. L’équation de la réaction modélisant cette transformation chimique peut s’écrire :  Q11. Écrire sur votre copie la formule semi-développée du méthanoate d’éthyle, entourer le groupe caractéristique et nommer la famille fonctionnelle associée. Q12. Les spectres IR de l’acide méthanoïque et du méthanoate d’éthyle sont donnés.Attribuer, en justifiant, chaque spectre à l’espèce chimique correspondante.  On réalise la synthèse du méthanoate d’éthyle selon le protocole suivant : - introduire dans un ballon 11,5 g d’éthanol, 11,5 g d’acide méthanoïque, 5 gouttes d’acide sulfurique concentré et quelques grains de pierre ponce ; - chauffer à reflux durant 45 min ; - laisser refroidir. Q13. Citer un intérêt à l’utilisation d’un montage à reflux. On accélère la réaction, la température étant un facteur cinétique tout en évitant les pertes de matière ( les vapeurs se condensent dans le réfrigérant et retombent dans le milieu réactionnel ). Pour déterminer le rendement de la synthèse, on réalise un titrage de l’acide méthanoïque restant dans le milieu réactionnel à la fin de la synthèse. On en déduit que la valeur de la quantité de matière d’acide méthanoïque restante est égale à 0,13 mol.  Q14. Calculer le rendement de cette synthèse. Quantités de matière initiales :  acide : m / M(acide) = 11,5 / 46=0,25 mol. alcool : 11,5 / 46,1 ~0,25 mol. On peut espérer obtenir au mieux 0,25 mol d'ester. Rendement = valeur expérimentale / valeur théorique = 0,13 / 0,25 =0,52. Pour optimiser le rendement de la synthèse, on modifie certaines conditions expérimentales. Les différentes modifications sont présentées : 1 À l’aide d’un montage à reflux, on fait réagir durant 45 minutes 0,50 mol d’éthanol, 0,25 mol d’acide méthanoïque, 5 gouttes d’acide sulfurique concentré et quelques grains de pierre ponce. Rendement 67 % . 2 À l’aide d’un montage à reflux, on fait réagir durant 45 minutes 1,0 mol d’éthanol, 0,25 mol d’acide méthanoïque, 5 gouttes d’acide sulfurique concentré et quelques grains de pierre ponce. Rendement 76 % 3 À l’aide d’un montage de distillation fractionnée, on fait réagir durant 45 minutes 0,50 mol d’éthanol, 0,25 mol d’acide méthanoïque, 5 gouttes d’acide sulfurique concentré et quelques grains de pierre ponce. Rendement 93 %.  Lors de la synthèse utilisant la voie n°3, le thermomètre au sommet de la colonne de distillation (colonne de Vigreux) indique une température de 54 °C. ( température d'ébullition de l'ester). Q15. Identifier les conditions expérimentales mises en œuvre dans les protocoles qui permettent d’optimiser le rendement de la synthèse. L'un des réactifs doit être en excès. Eliminer du milieu réactionnel le produit le plus volatil au fur et à mesure qu'il se forme.

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