Exercice II Savon et parfum 6,5 pts

2006/11 Nouvelle Calédonie EXERCICE II : SAVON ET PARFUM (6,5 points) Calculatrice interdite CORRECTION
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1. Étude de la fabrication d'un savon
1.1. Les réactifs sont l'hydroxyde de sodium (soude caustique) et l'huile
d'olive.
1.2. Solution aqueuse d'hydroxyde de sodium : (Na+(aq) + HO-(aq))
glycérol (propan-1,2,3-triol) : HO - CH2 - CH(OH) - CH2 - OH
1.3. Équation chimique de la réaction associée à la transformation qui
conduit au savon d'Alep : CH2 O C17H33 CH2 OH CH O C17H33 + 3 (Na+ + HO- ) ( CH OH
+ 3 (Na+ + - O C17H33 ) CH2 O C17H33 CH2 OH
Oléine hydroxyde de sodium glycérol
corps gras soude caustique
savon
ou triester trialcool
anion carboxylate
1.4. Le texte indique « la soude soit en quantité suffisante pour
saponifier complètement l'huile », la soude est en excès.
1.5. Le savon est extrait du milieu réactionnel lors du relargage. L'apport
d'eau salée diminue la solubilité du savon, celui-ci précipite vers le fond
du chaudron, puis est extrait.
1.6. Le terme hydrophile signifie que cette partie a une affinité
importante pour l'eau. Elle peut se solubiliser dans l'eau.
Le terme hydrophobe signifie que cette partie n'a aucune affinité pour
l'eau. Elle fuit l'eau. 1.7. C17H33 - C 2. Étude de la fabrication d'un parfum
2.1. Estérification
2.1.1. Le butanoate de pentyle est synthétisé à partir de :
l'alcool (A) nommé pentan-1-ol l'acide carboxylique (B) nommé acide butanoïque 2.1.2. équation chimique de l'estérification modélisant cette
transformation :
acide butanoïque + pentan-1-ol =
butanoate de pentyle + eau
CH3 (CH2)2 CO2H + HO (CH2)4 CH3 = CH3 (CH2)2
CO2 (CH2)4 CH3 + H2O
2.1.3. Cette transformation est lente et limitée. 2.2. Suivi cinétique de l'estérification
2.2.1. Quantité de matière d'acide butanoïque :
n= [pic], or ( = [pic] donc m = (.V.
Finalement nA = [pic].
nA = [pic]= 0,17 mol d'acide butanoïque.
Le mélange réactionnel contient initialement la même quantité de matière
d'acide butanoïque que de pentan-1-ol. Ce mélange est bien équimolaire.
2.2.2. Le refroidissement brutal effectué avant chaque dosage permet de
stopper la réaction d'estérification à la date t, ainsi le dosage reflète
exactement la composition du système chimique à cette date t.
De plus avec une température faible, on peut considérer que la réaction de
saponification (hydrolyse basique de l'ester par la soude versée) n'a pas
lieu car cette réaction est déjà lente à température ambiante. Cette
réaction parasiterait la réaction support du titrage (rapide et totale)
entre l'acide restant et la soude versée.
2.2.3. Lors de ce titrage, les ions HO- réagissent simultanément avec les
deux acides présents dans l'ampoule. Nous allons les considérer comme un
seul acide.
À l'équivalence, il y a changement de réactif limitant. Les réactifs HO- et
« acides » ont été introduits dans les proportions st?chiométriques des
équations de titrage de l'énoncé.
Donc : n(HO-)versée à l'équivalence = n(acides)présente
Soit CB.VBE = n(H3O+)présente + n(RCO2H)présente
Soit finalement : n(RCO2H)t = CB.VBE - n(H3O+)
|2.2.4. | A (acide) + B (alcool) |
|Équation |= ester + H2O |
| |Avancement|Quantités de matière (mol) |
|État | | |
| |(mol) | |
|État |x = 0 |n(RCO2H)t = 0 |ni(B) |0 |0 |
|initial | | | | | |
|(à la date t =| | | | | |
|0) | | | | | |
|État |x(t) |n(RCO2H)t = |ni(B) - x(t)|x(t) |x(t) |
|intermédiaire | |n(RCO2H)t=0 - | | | |
|(à la date t) | |x(t) | | | |
D'après le tableau x(t) = n(RCO2H)t=0 - n(RCO2H)t
et d'après la question précédente n(RCO2H)t = CB.VBE - n(H3O+),
donc x(t) = n(RCO2H)t=0 - CB.VBE + n(H3O+)
2.2.5. x60 = 2,3(10-2 - 2,0(6,7(10-3 + 3,2(10-3 rappel :
calculatrice interdite
x60 = 23(10-3 - 13,4(10-3 + 3,2(10-3 = 12,8(10-3 = 13(10-3 = 1,3(10-2 mol 2.3.1. VRAI On peut obtenir « davantage d'ester » en éliminant l'eau formée
au cours de la transformation.
Le quotient de réaction de l'estérification a pour expression Qr = [pic],
en éliminant l'eau au fur et à mesure, la valeur du Qr reste ainsi égale à
zéro. Dès lors Qr < K, le système évolue dans le sens direct de formation
de l'ester jusqu'à ce que le réactif limitant soit totalement consommé.
2.3.2. FAUX La vitesse volumique instantanée de la réaction augmente au
cours du temps.
La vitesse volumique de réaction étant définie par la relation : v = [pic]
avec VS volume du milieu réactionnel.
VS étant une constante positive, v évolue donc comme le coefficient
directeur de la tangente à la courbe x = f(t). Ce coefficient directeur
diminue au cours du temps, donc la vitesse volumique de réaction diminue au
cours du temps jusqu'à s'annuler (tangente horizontale).
2.3.3. FAUX Le temps de demi-réaction vaut 100 min.
Par définition, le temps de demi-réaction est la durée nécessaire pour que
l'avancement atteigne la moitié de sa valeur finale : x(t ½) = [pic]. Ici
xf = 0,015 mol
Or pour t = 100 min, x(t) = 0,014 mol [pic].
2.3.4. VRAI la température étant un facteur cinétique, en l'augmentant,
l'avancement final sera atteint plus rapidement mais ne sera pas modifié.
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O O- partie hydrophobe partie hydrophile C O C O C O C O CH2 CH3 CH2 CH2 CH2 OH OH O C CH2 CH2 CH3