Aurélie avril 2005
Electricité ; Thermodynamique ; dosage de l'acide citrique ; Extraction de l'eugénol dans le clou de girofle.

d'après concours aide technique laboratoire 2005 La Réunion

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On réalise le montage suivant pour déterminer la caractéristique d'une pile de 4,5 V.

  1. Analyse du montage :
    - Noter sur le schéma le sens du courant, la tension UPN, les bornes A, V, COM des appareils de mesure de façon à mesurer des valeurs positives.
    - Quel est le rôle du rhéostat ?
    - Quel est le rôle de la résistance de protection ?
  2. On a obtenu les valeurs suivantes :
    I(mA)
    0
    10
    61
    103
    191
    243
    330
    UPN( V)
    4,63
    4,57
    4,52
    4,41
    4,32
    4,21
    4,1
    - Tracer la caractéristique de cette pile ; en déduire la fem et la résistance r.
  3. Pour UPN= 4,32 V déterminer :
    - La puissance fournie au circuit.
    - La puissance chimique transformée.
    - La puissance dissipée par effet joule.
    - Pourquoi peut-on dire que la puissance disponible aux bornes du générateur dépend des caractéristiques du générateur et des récepteurs ?
corrigé

Le rhéostat permet de faire varier la valeur de l'intensité.

La résistance de protection limite l'intensité à une valeur maxi qu'il serait dangereux de dépasser.

fem : ordonnée à l'origine soit E = 4,63 V ; résistance interne : valeur absolue du coefficient directeur de la droite.

UPN = 4,62 - 1,56 I

si UPN= 4,32 V alors I= (4,62-4,32) / 1,56 = 0,19 A

Puissance fournie par le générateur UPN I = 4,32*0,19 = 0,82 W.

Puissance chimique transformée : E I = 4,63*0,19 = 0,88 W

Puissance joule dissippée dans le générateur : rI² = 1,56*0,19²= 0,06 W

La puissance disponible aux bornes du générateur dépend :

- des caractéristiques du générateur car la tension UPN dépend de la résistance interne et de l'intensité du courant

- et des récepteurs car l'intensité du courant dépend des caractéristiques des récepteurs et de la résistance interne de la pile.


Thermodynamique :

Loi des gaz parfaits : des élèves réalisent le TP dont le mode opératoire est le suivant :
- Plonger un ballon de volume 250 mL, fermé et rempli d'air dans un bain thermostaté contenant de l'eau glacée.
- Relier le ballon à un manomètre et à un capteur de température.
- Faire varier la température du ballon en augmentant la température du bain et relever la valeur de la pression pour différentes valeurs de la température.
R= 8,31 S.I

  1. Faire le schéma du montage et indiquer la liste du matériel nécessaire
  2. Quelle(s) grandeur(s) reste(nt) constante(s) au cours de l'expérience ?
  3. Un groupe a obtenu les résultats suivants :
    q°C
    2
    6
    10
    20
    25
    32
    40
    56
    P( kPa)
    93
    94
    96
    99
    100
    103
    106
    111
    Tracer P en fonction de q.
  4. Quelle est la nature de la courbe obtenue ? Quelle relation existe-t-il entre P et q ?
  5. Déterminer graphiquement la température Celcius correspondant au zéro absolu.
  6. Donner l'équation d'état des gaz parfaits, indiquer le nom et l'unité de chaque grandeur.
    - A partir du calcul du coefficient directeur, déterminer la quantité de matière introduite dans le ballon.
corrigé

Ballon, bouchon, cristallisoir, système de chauffage de l'eau, capteurs de pression et de température.

volume du ballon et quantité de matière (mol) d'air restent constantes au cours de l'expérience

fonction linéaire : P et q sont proportionnelles : P= aq + b = 333,3q + b

Comment trouver b ? à partir d'une valeur du tableau : b = P-333,3q =93 000-333,3*2 =92 333 Pa.

Comment retrouver une valeur approchée de la température absolue 0 K?

La pession du gaz parfait est nulle à la température absolue 0 K soit 0 =333,3q + b ; q = -92333/333,3 = -277 °C.

PV = nRT.

P : pression en pascal ; V : volume en m3 ; n quantité de matière en mol ; T température en kelvin ; R= 8,31 J K-1 mol-1.

n = PV / (RT) avec P= 9,3 104 Pa ; V= 2,5 10-4 m3 ; T= 273+2 = 275 K

n= 9,3 104*2,5 10-4 / ( 8,31*275)=0,01 mol

Dosage d'un antioxydant :

Pour réaliser le dosage d'acide citrique dans un jus de citron on étudie deux solutions:
- Une solution témoin S de concentration égale à 1 g/L en acide citrique
- Une solution diluée 10 fois de jus de citron S', obtenue à partir de 10 mL de jus de citron.

On utilise ces deux solutions pour doser 15 mL de solution basique d'hydroxyde de sodium que l'on place, pour chaque dosage, dans un bécher avec de la pjhénolphtaléine. Il faut verser VS= 14 mL pour la solution S pour doser la solution basique et VS' = 21 mL de la solution S'.

  1. Donner la définition du dosage.
  2. Expliquer comment est repérée l'équivalence.
  3. Exploitation du dosage :
    - Rappeler le volume d'hydroxyde de sodium versé dans les béchers des deux dosages.Que peut-on dire sur les masses d'acide citrique contenues dans les volumes VS et VS' ?
    - Rappeler la masse d'acide citrique contenue dans 1 L de solution.
    - Quelle est la masse d'acide citrique contenue dans VS ?
    - En déduire la masse d'acide citrique contenue dans VS'.
    - Calculer la masse d'acide contenue dans 1 L de jus de citron dilué.
    - En déduire la masse d'acide contenue dans 10 mL d'un jus de citron.
  4. Dans l'eau l'acide citrique noté H3A, peut être considéré comme un triacide dont les pKa sont les suivants : pKa1 = 3,1, pKa2 = 4,8 et pKa3 = 6,4. On suit le dosage par pHmétrie.

    - Faire le schéma annoté correspondant au dosage.
    - La courbe ne présente qu'un seul saut de pH correspondant à la fin du titrage des tris acidités. En déduire l'équation globale de la réaction de dosage.
    - Justifier le choix de la phénolphtaleine comme indicateur coloré.( zône de virage [8,2 ; 10])

corrigé
but d'un dosage : déterminer la concentration inconnue d'une solution en utilisant une transformation chimique (acide base ou redox) et le changement de couleur d'un indicateur coloré.

L'équivalence aciddo-basique est repérée par le changement de couleur de la phénolphtaléine

volume d'hydroxyde de sodium : 15 mL

A l'équivalence, les quantité de matière des réactifs sont en quantité stoéchiométriques

n ( NaOH) = n (acide solution S) = n (acide solution S')

Quantité de matière acide (mol) = volume acide (L) * concentration (mol/L)

CS' VS' = CS VS orVS' >VS doncCS'<CS

1 g/L en acide citrique dans S donc moins de 1g/L d'acide citrique dans S'.

masse d'acide dans VS= 14 mL : 1*14/1000 = 0,014 g.

masse d'acide citrique contenue dans S' : CS' 21 = 1*14 ; CS' = 14/21 =0,67 g/L

Le jus de citron est 10 fois plus concentré soit 6,7 g/L

ou 6,7 10-2 g d'acide citrique dans 10 mL de jus de citron.

H3A + 3 HO- = A3- + 3H2O

La zone de virage de l'indicateur coloré doit contenir le pH du point équivalent ( 8,5 dans ce cas) : la phénolphtaléine convient ainsi que le rouge de crésol dont la zone de virage est [7,2 ; 8,8] .

Extraction de l'eugénol dans le clou de girofle.

L'eugénol, extrait de l'huile essentielle des clous de girofle ou des feuilles du giroflier est utilisée dans certains produits des domaines médical et dentaire en raison de ces propriétés antalgique et antiseptique. L'huile essentielle des clous de girofle contient essentiellement de l'eugénol ( 75 à 85 %), de l'acétate d'eugénol ( 4 à 10 %), du b-caryophyllène ( 7 à 10 %) et de faible quantités d'autres produits dont un peu de vanilline.

Eugénol : C10H12O2 ; masse molaire : 168 g/mol ; Tébullition = 253 °C ; Tfusion = 110 °C ; densité d= 1,06 ; liquide incolore brunissant à l'air.


solubilité


densité
dans l'eau
dans le dichlorométhane
dans le chloroforme
dans l'éthanol
eugénol
1,1
insoluble
très soluble
soluble
très soluble
dichlorométhane
1,3
non miscible




éthanol
0,8
miscible




chloroforme
0,81
non miscible




  1. Citer deux groupes fonctionnels présents dans l'eugénol.
    - Dans quel état physique se trouve l'eugénol à température ambiante et sous pression atmosphérique ?
  2. On réalise l'extraction par hydrodistillation de l'huile essentielle contenue dans les clous de girofle.
    - Faire un schéma annoté du montage.
    - Quel est le principe de l'hydrodistillation ?
  3. On recherche un solvant permettant l'extraction liquide-liquide de l'eugénol. Quel est le solvant le plus approprié ?
    - Indiquer les différentes étapes du protocol d'extraction liquide- liquide par solvant.
    - Quelle phase recueille-t-on ? Justifier.
    - Après récupération, la phase recueillie est traitée à l'aide de sulfate de magnésium anhydre. Quel est son rôle ?
  4. On procède à la CCM de l'extrait recueilli : que signifie CCM ?
    - Quel est le principe d'une CCM ?
    - éluant : mélange dichlorométhane / éthanoate d'éthyle dans le rapport 60/40 en volumes ; révélateur : lampe UV ;
    H : huile essentielle obtenue par hydrodistillation ; E : eugénol du commerce ; A : acéthyleugénol du commerce.

    Que peut-on en déduire quant à l'huile essentielle obtenue par hydrodistillation ?
corrigé
groupes fonctionnels présents dans l'eugénol. : phénol OH, ether -O-CH3, double liaison C=C des alcènes.

état physique où se trouve l'eugénol à température ambiante et sous pression atmosphérique : solide

1 : ballon ; 2 : chauffe ballon ; 3 : thermomètre; 4 réfrigérant ; 5 : erlenmeyer

extraction par entraînement à la vapeur d'eau de molécules organiques comme l'eugénol.

extraction par solvant : les deux solvants ne doivent pas être miscibles, avoir des densité différentes et l'eugénol doit être peu soluble dans l'eau et très soluble dans l'autre solvant ( dichlorométhane)

dans une ampoule à décanter introduire l'huile essentielle contenant l'eugénol puis quelques mL de dichlorométhane

agiter, dégazer, laisser décanter.

Le liquide le plus dense, le dichlorométhane contenant l'eugénol occupe la partie inférieure.

Le sulfate de magnésium anhydre est un désséchant, il élimine les trace d'eau.

CCM : chromatographie sur couche mince

la chromatographie permet de séparer et d'identifier les constituants d'un mélange en utilisant la différence de solubilité d'un produit entre une phase fixe et une phase mobile, l'éluant.

La révélation est nécessaire, chaque fois que les produits ou réactifs sont incolores.

L'huile essentielle obtenue par hydrodistillation contient : E : eugénol du commerce et A : acéthyleugénol du commerce.

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