Dans un ballon bicol de 250 mL on introduit environ 20 mL de soude à 1 mol/L, puis V = 2,0 mL de benzaldéhyde et, enfin, quelques grains de pierre ponce. On adapte un refrigérant à reflux et une ampoule de coulée, dans laquelle on verse V₁ = 60 mL de solution de permanganate de potassium à C=0,25 mol/L

À l'aide d'un chauffe-ballon placé sur un plateau à crémaillère, on porte le mélange réactionnel à ébullition douce, puis on ajoute goutte à goutte la solution oxydante. Aux premières gouttes versées, la solution est verte, puis un précipité marron de dioxyde de manganèse Mn0₂ se forme. En fin d' addition, on laisse bouillir pendant environ 5 minutes. Pour réduire le permanganate introduit en excès, on ajoute quelques gouttes d'éthanol jusqu'à disparition de la teinte violacée de la phase liquide.

On retire le ballon du chauffe-ballon tout en maintenant le reflux. Après refroidissement, on filtre le mélange sur un filtre Büchner : le filtrat est limpide. On le verse alors dans un erlenmeyer contenant 10 mL d'acide chlorhydrique à 5 mol/L

L'acide benzoïque précipite ; on place l'erlenmeyer dans un bain eau-glace pour favoriser la précipitation. On filtre alors le mélange sur Büchner; le solide obtenu est rincé, puis séché à l'étuve. Une fois sec, il est pesé; on trouve m = 1,94 g.

Données :

Masse volumique du benzaldéhyde : 1,04 g/mL.

Solubilité dans l'eau de l'acide benzoïque : 2,4 g/L à 20 °C, et 68 g/L à 95 °C ; du benzoate de sodium: 400 g/L à 20 °C. Potentiels standard rédox à 25 °C

E°(MnO₄^- / Mn0₂) -1,69 V ; E°(C₆H₅COOH / C₆H₅CHO) = 0 V ; E°(CH₃COOH / CH₃CH₂OH) = 0,05 V.

E°( MnO₄^- / MnO₄^2- ): 0,56 V

1. Écrire les demi-équations électroniques relatives aux couples (MnO₄^- / Mn0₂) et C₆H₅ COO^- / C₆H₅ CHO en milieu basique.
   - En déduire l'équation-bilan de la réaction qui se déroule dans le ballon.
   - Vérifier, par le calcul, que le permanganate de potassium a bien été introduit en excès.
2. La coloration verte initialement observée est due à la formation de l'ion manganate MnO₄^2-
   - Écrire les demi-équations électroniques relatives aux couples MnO₄^- / MnO₄^2- et C₆H₅ COO^- / C₆H₅ CHO en milieu basique.
   - En déduire l'équation-bilan de la réaction qui se déroule tout au début dans le ballon. L'ion MnO₄^2- étant ensuite totalement réduit en dioxyde de manganèse, nous pouvons négliger sa formation dans le bilan de la synthèse.
3. Écrire les demi-équations électroniques relatives aux couples (MnO₄^- / Mn0₂) et (CH₃COO^- / CH₃CH₂0H) en milieu basique.
   - En déduire l'équation-bilan de la réaction faisant disparaître l'excès d'ion permanganate.
   - Expliquer pourquoi la formation d'ions acétate dans le milieu n'est pas gênante pour la suite de la synthèse.
4. Expliquer la précipitation de l'acide benzoïque lors de l'acidification de la solution. Pourquoi cette précipitation est-elle favorisée à basse température ?
5. Déterminer le rendement de la synthèse.
6. Afin de vérifier que le produit obtenu est bien de l'acide benzoïque, on réalise une chromatographie sur couche mince sensible aux UV. On prépare une solution éthérée d'acide benzoïque A, de benzaldéhyde B et du produit de la synthèse C. L'éluant utilisé est un mélange de 4 mL de cyclohexane et de 2 mL d'acétone. Dans ces conditions Rf(benzaldéhyde) = 0,7 et Rf(acide benzoïque) = 0,25.
   - Rappeler le principe de révélation d'une chromatographie sur couche mince sensible aux UV.
   - Dessiner le chromatogramme obtenu dans l'hypothèse où l'acide benzoïque obtenu est pur.
   - Dessiner le chromatogramme obtenu dans l'hypothèse où l'acide benzoïque obtenu contient encore des traces de benzaldéhyde.