Aurélie 27/03/07
 

chimie organique ; acide acéthylsalicylique ; oxydo-réduction : ion nitrate

diplôme d'accès aux études universitaires option B 2001 ( durée : 2 heures)

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Problème 1 : chimie organique : ( 6 points )

Identifier dans les réactions suivantes, les composés organiques A, B, C et D, en précisant le nom dans la nomenclature officielle et la formule semi-développée de chaque composé organique identifié.

  1. A réagit avec le dihydrogène H2 pour donner CH3 - CH3 : A + H2 = CH3 - CH3
  2. A réagit avec H2O pour donner B : A + H2O = B
  3. B réagit avec C pour donner le propanoate d'éthyle + H2O : B + C = propanoate d'éthyle + H2O
  4. Le Propanoate d'Ethyle réagit avec la soude (Na+,OH-) : propanoate d'éthyle + (Na+,OH-) = B + D
CH2=CH2 ( éthylène ou éthène) + H2 = CH3 - CH3

CH2=CH2+ H2O = CH3 - CH2OH éthanol.

CH3 - CH2OH + CH3 - CH2-COOH ( acide propanoïque) = CH3 - CH2-COO -CH2-CH3 + H2O

CH3 - CH2-COO -CH2-CH3 + (Na+,OH-) = CH3 - CH2-COO- +Na+ (propanoate de sodium) + CH3 - CH2OH

Problème 2 : acide acéthylsalicylique : ( 8 points )

Le composant actif du médicament ASPRO 320 est l'acide acétylsalicylique de formule brute (C9H8O4). Pour simplifier les écritures, cet acide pourra être écrit dans la suite de l'exercice AH. Un comprimé d'aspirine ASPRO 320 soigneusement broyé est dissous dans V0 = 250 mL d'eau. Le pH mesuré de cette solution est de 2,8. On prélève Va = 100 mL de la solution S obtenue et on dose ce prélèvement avec une solution de soude à Cb = 0,100 mol.L-1.

Lorsque l'indicateur coloré change de teinte, le volume de soude versé vaut VBE= 7,0 mL.

  1. Ecrire l'équation-bilan de la réaction de dosage.
  2. Calculer la concentration Ca de l'acide acétylsalicylique.
  3. Calculer le pKa du couple acide-base (C9H8O4 / C9H7O4 - )
  4. Le pH du milieu réactionnel à l'équivalence vaut pHE = 7,8. On a réalisé ce dosage en présence d'un indicateur coloré acido-basique. Parmi les indicateurs ci-dessous, quel est celui qui est le mieux adapté ?
    Indicateur coloré
    pH et couleurs
    Rouge de crésol
    jaune 7,2 - 8,8 rouge
    Phénolphtaleine
    incolore 8,8 - 10,0 rose
    Hélianthine
    rouge 3,1 - 4,4 jaune
  5. En déduire la masse d'acide acétylsalicylique contenu dans ce comprimé. Ce résultat est-il conforme aux indications données sur l'emballage.
Donnée : M (C9H8O4 ) = 180 g.mol-1
Equation-bilan de la réaction de dosage :

AH + HO- = A- + H2O.

Concentration Ca de l'acide acétylsalicylique :

A l'équivalence les quantités de matière des réactifs mis en présence sont en proportions stoechiométriques :

VaCa = VBECb d'où Ca = VBECb / Va = 7*0,1 / 100 = 7,0 10-3 mol/L.

Calcul du pKa du couple acide-base (C9H8O4 / C9H7O4 - )

Ka voisin de [H3O+]2 / Ca = 10-2pH / Ca =10-5,6 / 7 10-3 = 3,6 10-4 ; pKa = 3,4.

Le pH du milieu réactionnel à l'équivalence vaut pHE = 7,8.

La zone de virage de l'indicateur coloré doit contenir pHE = 7,8 : on choisit donc le rouge de crésol.

Masse d'acide acétylsalicylique contenu dans ce comprimé :

quantité de matière d'acide acéthylsalicilyque contenue dans V0 = 0,25 L : n = Ca V0 =7 10-3*0,25 = 1,75 10-3 mol.

m = n M (C9H8O4 ) =1,75 10-3 *180 = 0,315 g = 315 mg.

En accord avec "ASPRO 320"

Problème 3 : nitrates : ( 6 points )

 Les nitrates sont les principaux pollueurs des eaux, ils proviennent surtout d'épandages successifs d'en-grais azotés.

Soit un engrais contenant de l'azote sous forme de nitrate d'ammonium (NH4+ , NO3-).

  1. Quelle masse de nitrate d'ammonium faut il peser pour préparer un litre de solution S de concentration c0=5,7 10-2 mol.L -1 en ions nitrates ?
  2. On dose les ions nitrates dans cette solution en la faisant réagir, en présence de quelques gouttes d'acide, avec une solution contenant des ions ferreux (Fe2+) . Ecrire les demi-équations redox et l'équation globale.
  3. Quel volume V0 de solution S doit-on utiliser pour oxyder V= 50 mL de la solution ferreuse de concentration c= 0,1 mol.L-1. 
On donne les potentiels normaux des couples : NO3- / NO = 0,96 V ; Fe3+ / Fe2+ = 0,77 V.
masse de nitrate d'ammonium :

masse molaire M=14+4+14+3*16 = 80 g/mol

quantité de matière : n = 5,7 10-2 mol

 masse m = nM = 5,7 10-2 *80 = 4,6 g.

demi-équations redox :

L'oxydant NO3- se réduit : NO3- + 4H+ + 3e- = NO + 2H2O

Le réducteur Fe2+ s'oxyde : 3Fe2+ =3 Fe3+ + 3e-

d'où : NO3- + 4H+ +3Fe2+ =3 Fe3+ +NO +

en conséquence, à l'équivalence du dosage n(Fe2+) = 3 n(NO3-)

de plus n(Fe2+) =c V = 0,1*0,05 = 5 10-3 mol.

n(NO3-)= c0 V0 = 5,7 10-2V0 ;

3*5,7 10-2V0=5 10-3 ; V0= 0,5/(3*5,7) = 2,9 10-2 L = 29 mL.

 

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