L'acide salycilique est
utilisé dans la synthèse de l'aspirine ;
l'acide benzoïque est un conservateur
alimentaire.
A étude de la fonction
acide :
On se propose à partir de mesures
conductimétriques de comparer les acidités de
l'acide salicylique et de l'acide benzoïque.
- Etude théorique : On dispose d'un
volume V d'une solution aqueuse d'un acide HA de
concentration c. La transformation mettant en jeu la
réaction de l'acide HA avec l'eau n'est pas
totale.
- Ecrire l'équation de la réaction de HA
avec l'eau.
- Dresser le tableau d'avancement du système.
Exprimer les concentrations des espèces
présentes à l'équilibre en fonction
de c et de la concentration en ion oxonium
[H3O+]éq.
En déduire l'expression du quotient de
réaction Qr,éq en fonction de
[H3O+]éq.
et c.
- L'étude de la solution à
l'équilibre est effectuée par
conductimétrie. Exprimer la conductivité
s de la solution HA à
l'équilibre en fonction de
[H3O+]éq
et des conductivités molaires ioniques
l des ions
présents.
- Etude exprérimentale :
conductivités molaires ioniques à 25°C
en S m² mol-1.
l1= l
( ion oxonium) = 35 10-3 ; l2=
l (ion salicylate)= 3,62
10-3.
pKa (acide salicylique / ion salicylate) = 3 ; pKa( acide
benzoïque/ ion benzoate) = 4,2.
- On dispose du matériel suivant : bechers de 50,
10 et 250 mL ; éprouvettes graduées de 10,
20, 50 et 100 mL ; fioles jaugées de 50, 100 et
250 mL; pipettes graduées de 10 mL à + ou -
0,1 mL; pipette jaugée de 10 mL à + ou -
0,05 mL; pipeteur.
On veut préparer une solution S de l'acide HA de
concentration c= 10-3 mol/L à partir
d'une solution mère S0 de concentration
10-2 mol/L. Comment procède t-on ?
Nommer la verrerie utilisée.
- Mesures de conductivité : on a
effectué un ensemble de mesures de
conductivité s pour des
solutions d'acide salicylique et d'acide benzoïque
de diverses concentrations à
25°C.
|
|
c(mol/L)
|
s
(Sm-1)
|
[H3O+]éq
mol/L
|
Qr,éq
|
-logQr,éq
|
|
ac. salicylique
|
10-3
|
2,36 10-2
|
6,11 10-4
|
9,6 10-4
|
3,01
|
|
ac. salicylique
|
5 10-3
|
7,18 10-2
|
|
|
|
|
ac. salicylique
|
10 10-3
|
10,12 10-2
|
2,62 10-3
|
9,3 10-4
|
3,03
|
|
ac. benzoïque
|
10-3
|
0,86 10-2
|
2,25 10-4
|
6,53 10-5
|
4,19
|
|
ac. benzoïque
|
5 10-3
|
2,03 10-2
|
5,31 10-4
|
6,31 10-5
|
4,2
|
|
ac. benzoïque
|
10 10-3
|
2,86 10-2
|
7,47 10-4
|
6,03 10-5
|
4,22
|
- Compléter le tableau. Présenter les
calculs sous forme littérale avant d'effectuer les
applications numériques.
- A partir de valeurs de
[H3O+]éq
comparer le comportement à concentration
égale de l'acide salicylique et de l'acide
benzoïque en solution dans l'eau.
- Donner la définition de la constante
d'acidité Ka. Expliquer comment les
résultats de cette étude
expérimentale permettent de retrouver les valeurs
respectives des pKa des deux acides.
B Synthèse de
l'aspirine :
- Entourer et nommer les fonctions chimiques
présentes dans la formule de l'aspirine.
- Le groupement OH de l'acide salicylique se comporte
comme une fonction alcool dans la transformation
étudiée.
- Donner les formules semi-développées et
les noms des espèces chimiques A et B sachant
qu'ils ne contiennent pas d'autres éléments
que C, H et O.
- Nommer cette réaction chimique et citer deux de
ses caractéristiques.
corrigé
HA + H2O = A- +
H3O+
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HA
|
A-
|
+ H3O+
|
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initial
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c V
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0
|
0
|
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en cours
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c V-x
|
x
|
x
|
|
équilibre
|
c V-xéq
|
xéq
|
xéq
|
[HA]éq=(c
V-xéq) / V ; [A-
]éq=[H3O+]éq=xéq
/V;
[HA]éq= c
-[H3O+]éq
;
Qr,éq= [A-
]éq*[H3O+]éq
/ [HA]éq=
[H3O+]2éq
/ (c
-[H3O+]éq
) ;
s = l1[H3O+]éq
+ l2
[A- ]éq =
(l1
+ l2
)[H3O+]éq
;
facteur de dilution = [solution mère] /
[solution fille]= 10
le volume de la pipette doit être 10 fois plus
petit que le volume de la fiole jaugée.
prélever 10 mL de la solution mère à
l'aide de la pipette jaugée de 10 mL
placer dans une fiole jaugée de 100 mL
compléter jusqu'au trait de jauge à l'aide
d'eau distillée.
|
|
c(mol/L)
|
s
(Sm-1)
|
[H3O+]éq
mol/L
|
Qr,éq
|
-logQr,éq
|
|
ac. salicylique
|
10-3
|
2,36 10-2
|
6,11 10-4
|
9,6 10-4
|
3,01
|
|
ac. salicylique
|
5 10-3
|
7,18 10-2
|
1,86
10-3
|
1,1
10-3
|
2,96
|
|
ac. salicylique
|
10 10-3
|
10,12 10-2
|
2,62 10-3
|
9,3 10-4
|
3,03
|
|
ac. benzoïque
|
10-3
|
0,86 10-2
|
2,25 10-4
|
6,53 10-5
|
4,19
|
|
ac. benzoïque
|
5 10-3
|
2,03 10-2
|
5,31 10-4
|
6,31 10-5
|
4,2
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ac. benzoïque
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10 10-3
|
2,86 10-2
|
7,47 10-4
|
6,03 10-5
|
4,22
|
[H3O+]éq =
s /(l1
+ l2
) = s
/((35+3,62)10-3)=1000 s
/38,62 = 25,9 s
= 25,9*7,18 10-2
=1,86 mol
m-3
[H3O+]éq
= 1,86 10-3
mol/L
Qr,éq=
[H3O+]2éq
/ (c
-[H3O+]éq
) =(1,86
10-3)2 / (5 10-3
-1,86 10-3) = 3,46
10-3 / 3,14 = 1,1 10-3.
à concentration égale l'acide salicylique
est plus ionisé que l'acide benzoïque.
le taux d'avancement final pour l'acide salicylique est
supérieur à celui de l'acide
benzoïque.
l'acide salicylique, à concentration égale
est plus fort que l'acide benzoïque.
La constante d'acidité Ka est la constante de
l'équilibre suivant : HA + H2O =
A- + H3O+
Ka
=[H3O+]éq[A-
]éq /[HA]éq
= Qr,éq ;
on trouve ( 3 premières lignes du tableau) pKa
voisin de 3 pour l'acide salicylique.
de même à partir des 3 dernières
lignes on retouve le pKa de l'acide benzoïque, voisin
de 4,2.
-COOH : fonction acide
carboxylique
-OCO-CH3
: fonction ester
A : anhydride éthanoïque
CH3-CO-O-OC-CH3 ; B : acide
éthanoïque CH3-COOH
estérification : réaction rapide,
exothermique et totale en présence de l'anhydride
éthanoïque.
Il ne se forme pas d'eau, l'ester ne peut pas être
hydrolysé.
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