Pondichéry 2004

Chimie :

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Exercice II. FABRICATION PUIS TITRAGE DE L'ASPIRINE (6 points)

1 - Étude d'une estérification

On considère une réaction d'estérification entre un acide carboxylique de formule R COOH et un alcool R' CH 2OH

A l'instant t = 0, on mélange 0,20 mol d'acide et 0,20 mol d'alcool. 

On effectue la réaction d'estérification en présence d'acide sulfurique à l'aide d'un chauffage à reflux .

1.1   - Écrire l'équation chimique correspondant à l'estérification.  

1.2 - On définit l'avancement x de la réaction par la quantité de matière d'ester formé au cours du temps.

Remplir la ligne concernant l'état intermédiaire dans le tableau d'avancement représenté en annexe 3.  

Équation

 

R―COOH

+ R―CH 2 OH

=

Ester

+ H 2 O

état

Avancement

(mol)

Quantités de matières (mol)

 

R―COOH

R―CH 2 OH

 

Ester

H 2 O

État initial

x = 0

0,20

0,20

 

0

0

État intermédiaire

x

         

État d’équilibre

x = x eq

         

1.2   - Quel serait l'avancement x max en fin de réaction si celle-ci était totale ?  

1.3   - L'expérience donne un avancement x eq  = 0,13  mol d'ester à l'équilibre.

 Compléter le tableau. Calculer le rendement r de cette réaction. 

Rendre avec la copie la feuille comportant le tableau (Annexe 3).  

2 - Synthèse de l'aspirine

On prépare l'aspirine à partir de l'acide salicylique qui porte un groupement  ― OH (fixé sur le cycle benzénique) et peut, comme un alcool, subir une estérification.

Pour avoir un meilleur rendement, au lieu d'un acide carboxylique, on utilise un anhydride d'acide.

Dans un erlenmeyer, on introduit 5,00 g d'acide salicylique. 7,0 mL d'anhydride et 5 gouttes d'acide sulfurique. 

Ce mélange est chauffé à reflux à 60 ° C pendant 20 minutes avec agitation.

On retire l'erlenmeyer du bain-marie et, avec précaution, on ajoute environ 50 mL d'eau distillée froide par le haut du réfrigérant ; on place l'erlenmeyer dans de l'eau glacée.

L'aspirine formée précipite : elle est ensuite filtrée sur büchner.

Pour purifier cette aspirine, on effectue une recristallisation dans un mélange eau-alcool. 

Pour cela, on dissout les cristaux dans 10 mL d'éthanol à 95 ° en chauffant au bain-marie. 

Après dissolution complète, on ajoute 30 mL d'eau chaude. 

On laisse ensuite refroidir à température ambiante puis dans la glace : l'aspirine précipite. 

On filtre et on sèche à l'étuve les cristaux obtenus.

Le produit sec est pesé : sa masse est de 4,20 g.

L'anhydride d'acide utilisé est noté A. L'équation de la réaction de synthèse de l'aspirine est de la forme  

2.1 - Préciser la formule semi-développée de l'anhydride A utilisé dans l'équation ci-dessus et donner son nom.

2.2 - Dessiner et légender le montage de chauffage à reflux .  

Montage : le chauffage à reflux :  

 

2.3 - Déterminer le réactif limitant (consulter les données).  

2.4 - Calculer la masse d'aspirine obtenue si le rendement était de 100 %. Calculer le rendement effectif de cette réaction.  

Données

 

Masses molaires g / mol

Acide salicylique

138

l'anhydride A

102

l'aspirine

180

Densité de l'anhydride A : 1,08

3 - Titrage de l'aspirine

On prélève 1,00 g de l'aspirine fabriqué précédemment et on en effectue un titrage indirect :

On réalise l'hydrolyse de l'ester par un excès de soude puis les ions HO   restants sont titrés à l'aide d'une solution d'acide chlorhydrique.

Dans un erlenmeyer, on place 1,00 g d'aspirine, on ajoute un volume  V 0 = 20,0 mL d'une solution d'hydroxyde de sodium de concentration C 0  = 1,00 mol / L et environ 20 mL d'eau. 

L'ensemble est chauffé sous reflux pendant 10 minutes. La solution obtenue est appelée S 1.

L'équation de la réaction correspondante est :  

 

Après refroidissement, le contenu de l'erlenmeyer est versé dans une fiole jaugée de 250 mL. 

De l'eau distillée est versée jusqu'au trait de jauge : soit S 2 la solution obtenue. 

A l'aide d'une pipette jaugée, on prélève 10,0 mL de solution S 2 que l'on verse dans un bécher. 

On ajoute quelques gouttes de phénolphtaléïne . 

On effectue le titrage des ions HO  en excès de S 2  par une solution d'acide chlorhydrique de concentration  C 1 = 5,00 x 10 – 2 mol / L .

Le  volume versé à l'équivalence est V 1 = 7,4 mL.

3.1 - Calculer la quantité de matière n 0 d'ions HO  ajoutés à l'aspirine pour fabriquer S 1.  

3.2 - Écrire l'équation de la réaction de titrage.  

3.3 - Calculer la quantité de matière n 2 d'ions HO  titrés par l'acide chlorhydrique. 

En déduire la quantité de matière n 2 d'ions HO  en excès dans la solution S 1.  

3.4 - Calculer la quantité de matière n asp puis la masse d'aspirine initialement présentes dans la solution S 1.  

3.5 - Comparer 1a valeur trouvée à la valeur attendue. Justifier l'écart observé.