Exercice I. Chimie à usage domestique (6,5 points)

EXERCICE I. CHIMIE À USAGE DOMESTIQUE (6,5 points)
Nouvelle Calédonie 11/2008
http://labolycee.org On s'intéresse dans cet exercice à l'étude de deux produits ménagers
d'usage courant. Les parties 1 et 2 sont indépendantes. 1. Analyse d'un déboucheur de canalisations domestiques
Le DesTop® est un produit ménager qui permet de déboucher les
canalisations. Sur l'étiquette on trouve les indications suivantes :
Contient de l'hydroxyde de sodium en solution
20% en masse
N'attaque pas l'émail
Dissout toute matière organique La solution commerciale Sc, de concentration cc, étant trop concentrée, on
la dilue 100 fois. On obtient une solution, notée S, d'apparence incolore. 1.1. Titrage, en présence d'un indicateur coloré, de la solution diluée
de DesTop®
Dans cette partie, on considère, pour simplifier, que le DesTop® est
uniquement constitué d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium (Na+ +
HO -).
On prélève un volume V = 50,0 mL de la solution S que l'on verse dans un
erlenmeyer. On y ajoute quelques gouttes d'indicateur coloré, le bleu de
bromothymol (B.B.T.). On dose par de l'acide chlorhydrique,(H3O+ + C[pic]-
), de concentration ca = 0,20 mol.L-1. Il faut verser un volume VE = 15,0
mL d'acide chlorhydrique pour observer le changement de couleur de
l'indicateur coloré.
Données :
Couples acide/base : H3O+ / H2O ([pic])
H2O ([pic]) / HO - (aq)
Produit ionique de l'eau : Ke = 1,0 ( 10 -14 à 25°C
Bleu de bromothymol :
- teinte acide : jaune ; teinte basique : bleue ;
- dans le domaine de la zone de virage (6 [pic] pH [pic]7,6) le
B.B.T. prend une teinte verte
Masse molaire de l'hydroxyde de sodium : M = 40,0 g.mol-1
Masse volumique du DesTop® : [pic]= 1,20 g.mL-1 1.1.1. Écrire l'équation de la réaction associée à la transformation
chimique qui se produit lors du titrage.
1.1.2. Donner l'expression littérale puis calculer la valeur de la
constante d'équilibre, notée K1, associée à la réaction.
1.1.3. Après avoir défini l'équivalence, établir l'expression de la
concentration c de la solution diluée S. Calculer c.
1.1.4. Comment repère-t-on expérimentalement le passage à
l'équivalence ?
1.1.5. En utilisant les indications du texte encadré et les données,
calculer la concentration cc de la solution commerciale Sc. Comparer
avec le résultat du dosage.
1.2. Présence d'ammoniac dans le DesTop®
En réalité, la solution commerciale ne contient pas que de l'hydroxyde de
sodium en solution. Quand on ouvre prudemment une bouteille de DesTop®,
il se dégage notamment, une odeur d'ammoniac.
Données : Couple ion ammonium / ammoniac : NH4+ (aq) / NH3 (aq)
Constante d'acidité du couple ion ammonium / ammoniac :
KA = 6,3 ( 10 -10 donc pKA = 9,2 à 25°C
Masse molaire de l'ammoniac : M = 17,0 g.mol-1
1.2.1. Écrire l'équation de la réaction entre l'ammoniac NH3 et
les ions oxonium H3O+ apportés par l'acide chlorhydrique lors
du titrage.
1.2.2. Donner l'expression littérale puis calculer la valeur de
la constante d'équilibre, notée K2, associée à l'équation de
la réaction précédente.
1.2.3. Tracer le diagramme de prédominance du couple NH4+ (aq)
/ NH3 (aq) dont fait partie l'ammoniac.
1.3. Titrage pH-métrique de la solution diluée de DesTop®
On souhaite connaître la composition quantitative du DesTop® en ammoniac et
en hydroxyde de sodium. On procède alors à une titrage pH-métrique, réalisé
dans les conditions de l'expérience précédente, permettant de déterminer
les concentrations molaires volumiques de l'ammoniac et des ions hydroxyde
en solution.
Un logiciel permet de tracer les courbes pH = f(Va) et [pic] = g(Va). On
obtient les graphes de la
figure 1 ci-dessous.
[pic]
Figure 1
1.3.1. Justifier, à l'aide de la figure 1, le fait que
l'indicateur coloré de l'expérience précédente a changé de
couleur pour un volume Va = 15,0 mL.
On admet que, lors du dosage d'une solution contenant un mélange d'ions
hydroxyde et d'ammoniac par de l'acide chlorhydrique, ce dernier réagit
d'abord avec les ions hydroxyde (ce qui correspond au premier point
d'équivalence E1) puis avec l'ammoniac (ce qui correspond au second point
d'équivalence E2). 1.3.2. Quelle est la valeur du pH au premier point
d'équivalence E1 ? Déduire, en s'aidant du diagramme établi à
la question 1.2.3., que l'ammoniac est toujours présent dans le mélange à
la première équivalence.
1.3.3. Déterminer graphiquement le volume équivalent [pic]et en
déduire la concentration en ions hydroxyde dans la solution
diluée.
1.3.4. En raisonnant de la même façon qu'à la question 1.3.2.,
montrer que tout l'ammoniac a réagi à la seconde équivalence E2.
1.3.5. En déduire le volume V 'a d'acide chlorhydrique qui a servi à
doser l'ammoniac.
1.3.6. Calculer la concentration en ammoniac dans la solution diluée
de DesTop®. 2. Obtention de savon 2.1. Synthèse d'un savon au laboratoire
Dans un ballon, on introduit 10 mL de solution aqueuse d'hydroxyde de
sodium, 5 mL d'éthanol,
20 mL d'huile d'olive et quelques grains de pierre ponce. On chauffe à
reflux pendant 30 minutes.
On verse le mélange obtenu dans de l'eau salée et froide, un précipité
blanc-jaune apparaît.
L'huile d'olive contient essentiellement l'oléine. Données :
Formule de l'oléine : CH2 O CO
C17H33
CH O CO C17H33
CH2 O CO C17H33
2.1.1. Faire un schéma annoté du montage utilisé pour fabriquer le savon.
2.1.2. Écrire l'équation chimique de la réaction de synthèse du savon.
2.2. Propriétés du savon
2.2.1. Donner la définition des mots hydrophile et hydrophobe.
2.2.2.a. On représente l'ion carboxylate du savon par le schéma ci-
dessous :
Reproduire ce schéma sur la copie en indiquant la partie hydrophile
et la partie hydrophobe.
2.2.2.b. Choisir parmi les schémas proposés figure 2 ci-dessous,
celui qui montre comment se positionnent les ions carboxylate à la
surface d'une goutte d'huile en suspension dans l'eau. Justifier la
réponse.
Figure 2
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Tête Chaîne huile huile huile huile A D B C goutte d'huile eau eau eau Corrosif