EXERCICE 3 : A PROPOS DE CONSERVATEURS 4pts spécialité

Polynésie 2009 EXERCICE 3 : À PROPOS DE CONSERVATEURS (4 points)
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1. Étude du couple acide / base :
acide benzoïque / ion benzoate (C6H5CO2H(aq) / C6H5CO2-
(aq))


1.1. Un acide au sens de Brønsted est une espèce chimique capable de céder
un proton H+.

1.2. C6H5CO2H (aq) + H2O(l) = C6H5CO2- (aq) + H3O+(aq)

1.3.




2. Synthèse du benzoate de sodium : oxydation de l'alcool benzylique
C6H5CH2OH par le permanganate de potassium KMnO4 en milieu basique.

2.1. Le chauffage à reflux permet « d'accélérer » la transformation en
évitant les pertes de matière. En effet, le réfrigérant à boules condense
les vapeurs qui retombent dans le ballon.














2.2. Lors du chauffage, il apparaît un précipité marron de dioxyde de
manganèse MnO2 (s), celui-ci est recueilli dans le filtre du Büchner.

2.3. ( On dispose d'un volume V = 2,5 mL d'alcool benzylique :
Or (Alcool = 1,05 g.mL-1 [pic] et mAlcool =
nAlcool.MAlcool
D'où [pic] soit [pic]
[pic] = 2,43(10-2 mol = 2,4(10-2 mol d'alcool benzylique
( On dispose d'une masse m = 4,5 g de permanganate de
potassium :
KMnO4(s) = K+(aq) + MnO4-(aq) n(KMnO4) apportée = n(MnO4-)
effective
n(MnO4-) = n(KMnO4) = [pic]
n(MnO4-) = [pic] = 2,848(10-2 mol = 2,8(10-2 mol
2.4.
|Équation | |3C6H5CH2OH + 4MnO4- = 3C6H5CO2- + 4MnO2 + HO- + 4H2O |
|chimique | |(aq) (aq) (aq) (s) (aq) (l) |
|État du |Avan- |Quantités de matière (mol) |
|système |cement | |
| |(mol) | |
|État |0 |2,4(10-2 |2,8(10-2 |0 |0 |excès |Solvant |
|initial | | | | | | | |
|État |x |2,4(10-2 - |2,8(10-2 |3x |4x |excès |Solvant |
|intermé- | |3x |- 4x | | | | |
|diaire | | | | | | | |
|État |xmax |2,4(10-2 |2,8(10-2 |3xmax |4xmax |excès |Solvant |
|final si | |- 3xmax |- 4xmax | | | | |
|la | | | | | | | |
|réaction | | | | | | | |
|est | | | | | | | |
|totale | | | | | | | |

Si l'alcool benzylique est le réactif limitant : 2,4(10-2 - 3xmax = 0,
soit xmax1 = [pic]= 8,1(10-3 mol calcul effectué avec nAlcool non
arrondie
Si l'ion permanganate est en excès : 2,8×10-2 - 4xmax = 0,
soit xmax2 = [pic]= 7,1(10-3 mol calcul effectué avec nMnO4- non
arrondie
xmax2 < xmax1, le réactif limitant est l'ion permanganate, l'alcool est en
excès.

2.5. La phase 1 est la phase supérieure, elle contient le liquide de
densité la plus faible. Or le cyclohexane a une densité de 0,78, la phase
organique est la phase supérieure.
Le benzoate de sodium est plus soluble dans l'eau que dans le cyclohexane,
il se retrouvera dans la phase aqueuse de densité proche de 1.
Phase 1 : phase organique contenant l'excès d'alcool benzylique
Phase 2 : phase aqueuse contenant le benzoate de sodium

3. Obtention de l'acide benzoïque.

3.1. La solubilité de l'acide benzoïque diminue avec la température (voir
tableau de données), la quantité d'acide benzoïque qui va précipiter sera
plus importante à froid.

3.2. Si la réaction est totale, n(C6H5CO2H) = n(C6H5CO2-) = 3.xmax2
(d'après le tableau d'avancement)
n(C6H5CO2H) = 2,136(10-2 = 2,1(10-2 mol

3.3.1. Afin d'identifier l'acide benzoïque on peut utiliser un banc
Köffler.
Celui-ci permet de déterminer la température de fusion du solide obtenu. Si
la température de fusion des cristaux est égale à celle de l'acide
benzoïque, on pourra dire que les cristaux sont constitués d'acide
benzoïque pur.
Voir : http://culturesciences.chimie.ens.fr/dossiers-experimentale-analyse-
article-Fiche_banc_Kofler.html
On peut aussi réaliser une chromatographie sur couche mince.
Voir : http://www.spc.ac-aix-
marseille.fr/phy_chi/Menu/Activites_pedagogiques/cap_exp/animations/ccm.swf
3.3.2. [pic] [pic]
[pic]= 46% calcul effectué avec la valeur non arrondie de n(C6H5CO2H)
-----------------------
C6H5CO2H

pKA

4,2

C6H5CO2-

pH

Support élévateur

Chauffe-ballon

Arrivée d'eau froide

Support (potence)

Réfrigérant à boules

Ballon contenant le mélange réactionnel

Sortie eau froide