Aurélie 13/04/07
 

Concours Kiné : chimie organique, acide base, cinétique d'une saponification 2007 ( Nantes)

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Question 1 :

Donnez les formules développées des molécules organiques suivantes : propan-1-ol, éthanal, acide éthanoïque, anhydride éthanoïque.

 

Question 2 :

On réalise l'oxydation ménagée de l'éthanal en acide éthanoïque par action d'une solution aqueuse de permanganate de potassium en milieu acide. ( MnO4- /Mn2+. Ecrire l'équation chimique de la réaction d'oxydoréduction.

2 fois { MnO4- + 8 H++ 5e- = Mn2++ 4H2O}

5 fois { CH3-CHO + H2O = CH3-COOH + 2++ 2e- }

2MnO4- +5CH3-CHO+ 6 H+ =2 Mn2++5CH3-COOH + 3H2O

Question 3 :

On dissout 10 mmol d'acide éthanoïque dans 100 mL d'eau.

  1. Quelle est la concentration molaire CS de la solution S ainsi obtenue.
  2. Ecrire l'équation de la réaction entre l'acide éthanoïque et l'eau. Donner l'expression de sa constante d'équilibre Ka.
  3. Le pH de la solution est égal à 2,9.
    - Calculer la concentration molaire [H3O+].
    - Calculer le taux d'avancement     t de cette réaction et sa constante d'équilibre Ka.
CS = quantité de matière (mmol ) / volume (mL) = 10 / 100 = 0,10 mol/L.

CH3-COOH + H2O = CH3-COO- + H3O+ ; Ka = [CH3-COO-]éq[H3O+]éq/[CH3-COOH]éq.

[H3O+] = 10-pH = 10-2,9 = 1,26 10-3 mol/L.

t = xmax / xfin avec xmax = 0,01 mol ; xfin =[H3O+] *V = 1,26 10-3*0,1 = 1,26 10-4 mol.

t = 1,26 10-2.

Calcul de Ka : solution électriquement neutre : [H3O+] =[CH3-COO-]

conservation de l'élément carbone : [CH3-COO-] +[CH3-COOH] = 0,1 d'où [CH3-COOH] = 0,0987.

Ka =(1,26 10-3)2/0,0987 =1,6 10-5.

Question 4 :

On dispose des produits organiques donnés dans la partie 1 : proposer une réaction chimique permettant d'obtenir l'éthanoate de propyle.
- Ecrire l'équation chimique choisie et donner ses caractéristiques.

 CH3-COOH + CH3-CH2-CH2OH = CH3-COO-CH2-CH2-CH3 + H2O

lente, limitée par l'hydrolyse de l'ester, athermique.

 (CH3-CO)2O + CH3-CH2-CH2OH --> CH3-COO-CH2-CH2-CH3 + CH3-COOH

rapide, totale, exothermique.


Question 5 :

On met 1,0 10-2 mol d'éthanoate de propyle et 1,0 10-2 mol d'hydroxyde de sodium dans un volume V=1,0 L d'eau.

  1. Ecrire l'équation chimique de la réaction de saponification.
  2. On mesure à intervalles de temps réguliers la concentration C en éthanoate de propyle restant :
    t(min)
    0
    10
    20
    30
    40
    50
    c(mol L-1)


    7,7 10-3
    6,2 10-3
    5,3 10-3
    4,5 10-3
    4,010-3
    1/C L mol-1







    - Tracer 1/C en fonction de t.
    - Donner littéralement l'équation de la droite ; noter K son coefficient directeur. En déduire l'expression littérale de C en fonction de K, C0 et t ( C0 concentration initiale de l'ester).
    - Montrer que la vitesse volumique de la réaction est de la forme KC    a. Déterminer a.
    - Calculer le temps de demi-réaction t½.
    - Calculer la vitesse volumique de la réaction à t =0 et à t=t½.
Equation chimique de la réaction de saponification :

CH3-COO-CH2-CH2-CH3 +Na+ + HO- = CH3-COO- + Na+ +CH3-CH2-CH2OH

t(min)
0
10
20
30
40
50
c(mol L-1)
0,01
7,7 10-3
6,2 10-3
5,3 10-3
4,5 10-3
4,010-3
1/C L mol-1
100
130
161
189
222
250

Equation de la droite : 1/C = Kt + 1/C0 (1)

expression littérale de C : (C0-C) / (CC0) = Kt ; C0-C = CC0Kt ; C= C0/(1+C0Kt).

vitesse volumique de la réaction : v = -dC/dt

différentier (1) : -dC/C2 = Kdt ; -dC/dt = KC2. a = 2.

temps de demi-réaction t½ :

à t½, la concentration C est égale à ½C0 d'où d'après (1) :

1/C0=Kt½ ; t½ =1/(C0K) =1/(0,01*3) = 33 min.

vitesse volumique de la réaction :

v(t=0 ) =KC02 = 3*0,012 = 3 10-4 mol L-1 min-1.

v(t=t½ ) =K(½C0)2 = 7,5 10-5 mol L-1 min-1.
 

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