Acide m�thano�que, Bac M�tropole 9 /9 / 2022. Acide base, synth�se du m�thanoate d'�thyle. En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicit�s adapt�es � vos centres d’int�r�ts. . . . . . . .. .. ...... ... Sur l’�tiquette du flacon de l’acide m�thano�que concentr� commercial utilis�, on lit que le titre massique minimum est de 85 %. La densit� mesur�e de ce produit est mesur�e, elle vaut 1,19.  1. Propri�t�s acido-basiques de l’acide m�thano�que. Pour �tudier les propri�t�s acido-basiques de l’acide m�thano�que, une solution aqueuse d’acide m�thano�que, not�e S, est pr�par�e � partir de 1,0 mL d’acide m�thano�que concentr� commercial dilu� dans une fiole jaug�e de 250 mL. Le titrage d’un volume V = 25,0 mL de solution S est r�alis� et suivi par pH-m�trie. La solution titrante est une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium de concentration cB �gale � 0,20 mol�L–1. La courbe du suivi pHm�trique est donn�e. Q1. �crire l’�quation de la r�action support du titrage. HCOOH aq + HO-aq --> HCOO-aq + H2O(l). Q2. D�terminer la valeur de la concentration en quantit� de mati�re d’acide m�thano�que pr�sent dans la solution S. n = CB V�q = 0,20 x 11 10-3 =2,2 10-3 mol dans 25 mL de solution S. Soit pour la solution S : 2,2 / 25 =0,088 mol / L. Solution commerciale : 0,088 x 250 =22 mol / L  Q3. En d�duire la valeur du titre massique d’acide m�thano�que de la bouteille utilis�e. Commenter. 22 x M(HCOOH )= 22 x 46 =1,01 103 g / L. Concentration massique d'apr�s les donn�es de l'�tiquette : 1,19 x 0,85 =1,01 kg / L. Les r�sultats concordent.  On utilise les valeurs de pH mesur�es au cours de ce titrage pour d�terminer si l’acide m�thano�que peut �tre consid�r� comme un acide fort ou un acide faible. L’exploitation des mesures de pH permet d’obtenir la figure ci-dessous : Q4. �crire l’�quation de la r�action dont la constante thermodynamique d’�quilibre correspond � la constante d’acidit� Ka du couple acide m�thano�que / ion m�thanoate. HCOOH aq + H2O(l) = HCOO-aq + H3O+aq. Q5. Estimer, en expliquant la d�marche, � l’aide des figures, la valeur de la constante d’acidit� Ka du couple acide m�thano�que / ion m�thanoate � la temp�rature du titrage. pH = pKa =3,6 � la demi �quivalence du titrage. Ka = 10-3,6 ~2,5 10-4.  La valeur tabul�e de la constante d’acidit� associ�e � ce couple est �gale � 1,75�10-4 � 25 �C. Q6. Identifier une des causes expliquant l’�cart entre la valeur tabul�e et la valeur calcul�e � la question Q5 de la constante d’acidit� Ka du couple acide m�thano�que / ion m�thanoate. Impr�cision sur le volume �quivalent. Pour V�q = 11,4 mL on trouve pKa =3,8. ( Ka =2,5 10-4 ). Hydroxyde de sodium carbonat�, impr�sicion sur sa concentration. On �tudie une solution aqueuse d’acide m�thano�que de concentration initiale en solut� apport�e cA. Q7. Montrer que le quotient de r�action, not� Qr, associ� � la r�action �crite � la question Q4, s’�crit :  Qr = [H3O+]2 / ([CA-[H3O+] c�)  avec c� la concentration standard. Qr =[H3O+][HCOO- ] / ([HCOOH] c�). [H3O+] =[HCOO- ]. CA = [HCOO- ] +[HCOOH]. Par suite : Qr = [H3O+]2 / ([CA-[H3O+] c�)  Q8. Montrer que l’on peut estimer la valeur de KA � une temp�rature donn�e avec la relation suivante : KA= tf 2�cA / ((1-tf)c�) avec tf le taux d’avancement final. [H3O+]f =tf �cA ; CA-[H3O+]f =CA(1-tf ). KA=Qr f =(tf �cA)2 / (CA(1-tf )c�)=tf 2�cA / ((1-tf)c�). Le taux d’avancement tf v�rifie une �quation du 2nd degr� de la forme : A �tf 2 + B � tf + C = 0 avec A, B et C des constantes. Le calcul du taux d’avancement est effectu� � l’aide d’un programme �crit en langage Python dont un extrait est donn� :   4 # Demandes des valeurs utiles. 5. cA=float(input("Indiquer la concentration apport�e cA (en mol/L) de l’acide :")) 6.KA=float(input("Indiquer la valeur de la constante d’acidit� KA :")) 7. c� = 1.0 # valeur de la concentration standard en mol/L 8 9 # Equation du 2nd degr� v�rifi�e par le taux d’avancement 10.# �quation du type : A �tf ^2 + B � tf + C = 0 11. A = ? # expression de A 12. B= ?  # expression de B 13. C = ? # expression de C Q9. Compl�ter les lignes 11, 12 et 13 permettant au programme d’�tre ex�cut�. D�tailler la d�marche. tf 2�cA =KA ((1-tf)c�). tf 2�cA +KA c�tf -KA c� =0. A = cA  ; B = KA c� ;C = -KA c�.  Pour une solution aqueuse d’acide m�thano�que de concentration apport�e �gale � 8,8�10−2 mol�L–1, le r�sultat obtenu par le programme est donn� ci-dessous : Indiquer la concentration apport�e cA (en mol/L) de l’acide :0.088.  Indiquer la valeur de la constante d’acidit� KA :1.75e-4  Il y a 2 solutions possibles pour le taux d’avancement final : tau1 = -0.046 tau2 = 0.044 Q10. � partir des r�sultats ci-dessus du programme, d�terminer en justifiant si l’acide m�thano�que peut �tre consid�r� comme un acide fort ou un acide faible dans l’eau dans les conditions de l’exp�rience. On retient la valeur positive 0,044. Cette valeur �tant tr�s inf�rieure � 1, l'acide m�thano�que r�agit partiellement avec l'eau ; c'est un acide faible. ... .... 2. Synth�se du m�thanoate d’�thyle � partir d’acide m�thano�que. Le m�thanoate d’�thyle peut �tre utilis�, par exemple, comme solvant organique, mais �galement pour donner une odeur de rhum � un aliment. La synth�se du m�thanoate d’�thyle se fait � partir d’acide m�thano�que et d’�thanol. L’�quation de la r�action mod�lisant cette transformation chimique peut s’�crire :  Q11. �crire sur votre copie la formule semi-d�velopp�e du m�thanoate d’�thyle, entourer le groupe caract�ristique et nommer la famille fonctionnelle associ�e. Q12. Les spectres IR de l’acide m�thano�que et du m�thanoate d’�thyle sont donn�s.Attribuer, en justifiant, chaque spectre � l’esp�ce chimique correspondante.  On r�alise la synth�se du m�thanoate d’�thyle selon le protocole suivant : - introduire dans un ballon 11,5 g d’�thanol, 11,5 g d’acide m�thano�que, 5 gouttes d’acide sulfurique concentr� et quelques grains de pierre ponce ; - chauffer � reflux durant 45 min ; - laisser refroidir. Q13. Citer un int�r�t � l’utilisation d’un montage � reflux. On acc�l�re la r�action, la temp�rature �tant un facteur cin�tique tout en �vitant les pertes de mati�re ( les vapeurs se condensent dans le r�frig�rant et retombent dans le milieu r�actionnel ). Pour d�terminer le rendement de la synth�se, on r�alise un titrage de l’acide m�thano�que restant dans le milieu r�actionnel � la fin de la synth�se. On en d�duit que la valeur de la quantit� de mati�re d’acide m�thano�que restante est �gale � 0,13 mol.  Q14. Calculer le rendement de cette synth�se. Quantit�s de mati�re initiales :  acide : m / M(acide) = 11,5 / 46=0,25 mol. alcool : 11,5 / 46,1 ~0,25 mol. On peut esp�rer obtenir au mieux 0,25 mol d'ester. Rendement = valeur exp�rimentale / valeur th�orique = 0,13 / 0,25 =0,52. Pour optimiser le rendement de la synth�se, on modifie certaines conditions exp�rimentales. Les diff�rentes modifications sont pr�sent�es : 1 � l’aide d’un montage � reflux, on fait r�agir durant 45 minutes 0,50 mol d’�thanol, 0,25 mol d’acide m�thano�que, 5 gouttes d’acide sulfurique concentr� et quelques grains de pierre ponce. Rendement 67 % . 2 � l’aide d’un montage � reflux, on fait r�agir durant 45 minutes 1,0 mol d’�thanol, 0,25 mol d’acide m�thano�que, 5 gouttes d’acide sulfurique concentr� et quelques grains de pierre ponce. Rendement 76 % 3 � l’aide d’un montage de distillation fractionn�e, on fait r�agir durant 45 minutes 0,50 mol d’�thanol, 0,25 mol d’acide m�thano�que, 5 gouttes d’acide sulfurique concentr� et quelques grains de pierre ponce. Rendement 93 %.  Lors de la synth�se utilisant la voie n�3, le thermom�tre au sommet de la colonne de distillation (colonne de Vigreux) indique une temp�rature de 54 �C. ( temp�rature d'�bullition de l'ester). Q15. Identifier les conditions exp�rimentales mises en œuvre dans les protocoles qui permettent d’optimiser le rendement de la synth�se. L'un des r�actifs doit �tre en exc�s. Eliminer du milieu r�actionnel le produit le plus volatil au fur et � mesure qu'il se forme.

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