L’action des ions hydroxyde sur l’aspirine donne lieu à deux types de réactions.

Donnée : formule semi-développée de l’aspirine.

1)- Indiquer sur quels groupes fonctionnels de l’aspirine peuvent avoir lieu ces réactions.

2)- Nommer ces réactions et préciser, du point de vue de la cinétique chimique, ce qui les distingue.

L’action des ions hydroxyde sur l’aspirine donne lieu à deux types de réactions.

Donnée : formule semi-développée de l’aspirine.

1)- Indiquer sur quels groupes fonctionnels de l’aspirine peuvent avoir lieu ces réactions.

-  Action des ions hydroxyde sur l’aspirine.

-  En milieu dilué et froid, les ions hydroxyde agissent sur la fonction acide de l’aspirine.

-  Il se produit une réaction acido-basique.

-  L’aspirine possède un groupe acide carboxylique :

-  C’est un acide faible en solution aqueuse pK_A = 3,5 à 25 °C.

-  Elle possède une fonction ester   : ou

-  En milieu concentré et à chaud, les ions hydroxyde agissent sur la fonction ester.

-  Il s’agit d’une hydrolyse basique.

-  Cette réaction est totale mais elle est très lente à la température de 25 °C.

-  Il faut chauffer pour accélérer la réaction.

2)- Nommer ces réactions et préciser, du point de vue de la cinétique chimique, ce qui les distingue.

-  La première réaction est une réaction acido-basique, elle est rapide à la température ambiante..

-  La seconde réaction est une hydrolyse basique (saponification), elle est lente à la température ambiante.

1)- On veut préparer un ester E, à l’odeur de banane, en faisant réagir sur le butan-1-ol, soit de l’acide éthanoïque, soit de l’anhydride éthanoïque.

a)- En utilisant les formules semi-développées, écrire les équations de ces deux réactions.

-  Réaction assez rapide et totale.

b)- Préciser les différences entre ces deux réactions.

2)- On fait réagir 0,10 mol d’anhydride éthanoïque ou d’acide éthanoïque avec 0,10 mol de butan-1-ol.

a)- Déterminer la quantité de matière (en mol) obtenue au terme de chaque réaction.

b)- Dans quel cas l’avancement maximal de la réaction est-il atteint ?

1)- On veut préparer un ester E, à l’odeur de banane, en faisant réagir sur le butan-1-ol, soit de l’acide éthanoïque, soit de l’anhydride éthanoïque.

a)- En utilisant les formules semi-développées, écrire les équations de ces deux réactions.

-  Réaction entre un acide carboxylique et un alcool : estérification 

-  Réaction limitée, lente et athermique.

-  Réaction assez rapide et totale.

b)- Préciser les différences entre ces deux réactions.

-  La réaction entre l’acide carboxylique et l’alcool est limitée, lente et athermique.

-  Alors que la réaction entre l’anhydride éthanoïque et l’alcool est assez rapide et totale.

2)- On fait réagir 0,10 mol d’anhydride éthanoïque ou d’acide éthanoïque avec 0,10 mol de butan-1-ol.

a)- Déterminer la quantité de matière (en mol) obtenue au terme de chaque réaction.

-  Quantité de matière obtenue au terme de chaque réaction.

-  La première réaction fait intervenir un acide carboxylique et un alcool primaire.

-  Le rendement est de 67 %.

-  La seconde  réaction fait intervenir un anhydride d’acide et un alcool primaire.

-  Le rendement théorique et de 100 %.

b)- Dans quel cas l’avancement maximal de la réaction est-il atteint ?

-  L’avancement maximal est atteint pour la seconde réaction car le rendement est de 100 %

On prépare l’aspirine en faisant réagir l’acide salicylique et l’anhydride éthanoïque :

On introduit dans un erlenmeyer de 250 mL, 5,0 g d’acide salicylique et environ 7,0 mL d’anhydride éthanoïque.

On ajoute quelques gouttes d’acide sulfurique concentré, on agite puis on chauffe le mélange au bain-marie pendant environ quinze minutes.

Le mélange est refroidi dans l’eau glacée et on ajoute, tout en agitant énergiquement, 100 mL d’eau.

Pour finir, l’aspirine est filtrée et purifiée.

1)- Aurait-on pu utiliser l’acide éthanoïque à la place de l’anhydride éthanoïque ? Si oui, quels inconvénients aurait eu cette méthode ?

2)- Que se passe-t-il quand on ajoute de l’eau au mélange réactionnel contenant un excès d’anhydride éthanoïque ? écrire l’équation de la réaction.

3)- Au cours de cette expérience, on a obtenu 4,5 g d’aspirine.

a)- Calculer les quantités de matières (mol) des réactifs.

b)-     Calculer la masse d’aspirine que l’on aurait dû obtenir si le rendement avait été de 100 %.

c)- Quel est le rendement de cette réaction ?

On prépare l’aspirine en faisant réagir l’acide salicylique et l’anhydride éthanoïque :

On introduit dans un erlenmeyer de 250 mL, 5,0 g d’acide salicylique et environ 7,0 mL d’anhydride éthanoïque.

On ajoute quelques gouttes d’acide sulfurique concentré, on agite puis on chauffe le mélange au bain-marie pendant environ quinze minutes.

Le mélange est refroidi dans l’eau glacée et on ajoute, tout en agitant énergiquement, 100 mL d’eau.

Pour finir, l’aspirine est filtrée et purifiée.

1)- Aurait-on pu utiliser l’acide éthanoïque à la place de l’anhydride éthanoïque ? Si oui, quels inconvénients aurait eu cette méthode ?

-  L’acide éthanoïque réagit mal avec la fonction phénol de l’acide salicylique.

-  La réaction entre l’acide éthanoïque est l’acide salicylique est une réaction limitée.

-  L’acide éthanoïque est moins réactif que l’anhydride éthanoïque vis à vis de l’estérification.

2)- Que se passe-t-il quand on ajoute de l’eau au mélange réactionnel contenant un excès d’anhydride éthanoïque ? écrire l’équation de la réaction.

-  L’eau réagit avec l‘anhydride éthanoïque.

-  Elle l’hydrolyse.

3)- Au cours de cette expérience, on a obtenu 4,5 g d’aspirine.

a)- Calculer les quantités de matières (mol) des réactifs.

-  Quantités de matière des réactifs.

-  Quantité de matière d’acide salicylique.

-  Quantité de matière d’anhydride éthanoïque.

b)-     Calculer la masse d’aspirine que l’on aurait dû obtenir si le rendement avait été de 100 %.

-  Masse d’aspirine théorique si la réaction est totale.

-  Il faut raisonner par rapport au réactif limitant, ici l’acide salicylique.

-  La quantité de matière d’aspirine que l’on peut espérer obtenir est égale à la quantité de matière d’acide salicylique introduit initialement.

-  m₃ = n₃ . M₃

-  m₃ = 3,6 x 10 ^{– 2} x 180

-  m₃ ≈ 6,5 g

c)- Quel est le rendement de cette réaction ?

-  Rendement de la réaction.

Les Savons :

La même opération, réalisée en travaux pratiques, peut se résumer aux trois étapes schématisées ci-dessous.

Les conditions sont telles que les ions hydroxydes sont en excès.

Cliquer sur l'image pour l'agrandir

1)- À quelles réaction chimique le texte fait-in allusion ?

2)- Pourquoi réalise-t-on la réaction schématisée sur la figure 1 à "ébullition" ? Quel nom donne-t-on au montage réalisé ?

3)-  Quelle opération, citée dans le texte, la figure 2 schématise-t-elle ?

4)- Le savon obtenu par filtration (figure 3) est-il utilisable directement ? D’après le texte, que peut-on faire pour parvenir à un meilleur résultat ?

Les Savons :

La même opération, réalisée en travaux pratiques, peut se résumer aux trois étapes schématisées ci-dessous.

Les conditions sont telles que les ions hydroxydes sont en excès.

Cliquer sur l'image pour l'agrandir

1)- À quelles réaction chimique le texte fait-in allusion ?

-  La réaction chimique est la réaction de saponification (ou hydrolyse basique).

2)- Pourquoi réalise-t-on la réaction schématisée sur la figure 1 à "ébullition" ? Quel nom donne-t-on au montage réalisé ?

-  La réaction est très lente à la température ambiante. 

-  On chauffe pour accélérer la réaction.

-  La température est un facteur cinétique. 

-  Le montage utilisé est le chauffage à reflux.

3)-  Quelle opération, citée dans le texte, la figure 2 schématise-t-elle ?

-  L’opération schématisée par la figure 2 est le relargage. 

-  Le savon est moins soluble dans l’eau salée que dans l’eau.

4)- Le savon obtenu par filtration (figure 3) est-il utilisable directement ? D’après le texte, que peut-on faire pour parvenir à un meilleur résultat ?

-  Le plus souvent, le savon contient encore de la soude. 

-  Il est très corrosif. 

-  Il faut le purifier en effectuant plusieurs redissolutions et relargages.

1)- Le jaune d’œuf contient de la lécithine de formule :

Identifier les parties hydrophobe et hydrophile de cette molécule.

2)- En utilisant la représentation ci-après d’une molécule de lécithine, schématiser une micelle puis une gouttelette de beurre entourée de molécules tensioactives :

3)- La lécithine est un triester d’acide gras et de phosphatidycholine (un phosphate organique). Identifier et représenter les deux acides gras.

1)- Le jaune d’œuf contient de la lécithine de formule :

Identifier les parties hydrophobe et hydrophile de cette molécule.

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-  Parties hydrophiles et hydrophobes. 

-  Les chaînes carbonées constituent les parties hydrophobes de la molécule et la partie chargée de la molécule est hydrophile.

2)- En utilisant la représentation ci-après d’une molécule de lécithine, schématiser une micelle puis une gouttelette de beurre entourée de molécules tensioactives :

-  Une micelle.

3)- La lécithine est un triester d’acide gras et de phosphatidycholine (un phosphate organique). Identifier et représenter les deux acides gras.

-  Les acides gras.

On dissout 20 g d’oléate de sodium dans 1 L d’eau minérale.

1)- Cette eau a un degré hydrotimétrique français de 50 ° TH. Calculer la concentration molaire en ions calcium.

2)- Lors de la dissolution du savon, il apparaît une réaction avec les ions calcium d’équation :

3)- Pour éviter cette perte de savon, on peut introduire du triphosphate de sodium Na₅P₃O₁₀ qui forme avec les ions calcium un composé soluble suivant la réaction  d’équation :

P₃O₁₀^5– _(aq)  +  Ca²⁺_(aq)  →   CaP₃O₁₀^{3 –} _(aq)

-  Quelle masse de triphosphate de sodium faut-il introduire dans l’eau pour consommer 80 % des ions calcium présents ?

4)- Quel inconvénient écologiste et quel avantage ménager a-t-on à utiliser les triphosphates ?

On dissout 20 g d’oléate de sodium dans 1 L d’eau minérale.

1)- Cette eau a un degré hydrotimétrique français de 50 ° TH. Calculer la concentration molaire en ions calcium.

-  Concentration molaire en ions calcium.

-  On donne : 1 ° TH correspond à 0,1 mol d’ions Ca²⁺ par m³ d’eau.

-  L’eau fait 50 ° TH :

2)- Lors de la dissolution du savon, il apparaît une réaction avec les ions calcium d’équation :

2 C₁₇H₃₃COO ^– _(aq)  +  Ca²⁺_(aq)  →   (C₁₇H₃₃COO)₂ Ca _(s)

-  Le composé obtenu est insoluble dans l’eau.

-  Déterminer la masse de savon restant dans la solution.

-  Quantités de matières initiales :

-  Quantité de matière d’ions calcium.

-  n₁ = [Ca ²⁺] . V

-  n₁ = 5,0 x 10 ^{– 3} x 1,0

-  n₁ ≈ 5,0 x 10 ^{– 3} mol

-  Quantité de matière de savon :

-  Tableau d’avancement de la réaction.

-  Détermination de x_max.

-  Il faut que :

-  Masse de savon restant dans la solution.

-  m_r = n_r . M_sav

-  m_r = (n₂ –  2 x_max ). M_sav

-  m_r = ( 6,6 x 10 ^{– 2} – 2 x 5,0 x 10 ^{– 3}) x 304 

-  m _r ≈ 17 g

3)- Pour éviter cette perte de savon, on peut introduire du triphosphate de sodium Na₅P₃O₁₀ qui forme avec les ions calcium un composé soluble suivant la réaction  d’équation :

P₃O₁₀^5– _(aq)  +  Ca ²⁺_(aq)  →   CaP₃O₁₀^{3 –} _(aq)

-  Quelle masse de triphosphate de sodium faut-il introduire dans l’eau pour consommer 80 % des ions calcium présents ?

-  Masse de triphosphate de sodium nécessaire.

-  On veut éliminer 80 % des ions calcium.

4)- Quel inconvénient écologiste et quel avantage ménager a-t-on à utiliser les triphosphate ?

-  Avantages et inconvénients.

-  Du point de vue écologique, les ions phosphate sont responsables de l’eutrophisation des cours d’eau et des lacs.

-  Du point de vue lavage, les ions phosphate permettent d’utiliser moins de savon.

L’étiquette d’un médicament comprenant de l’aspirine (ou acide acétylsalicylique) indique la composition suivante :

« Acide acétylsalicylique : 350 mg 

Excipient : amidon de maïs, poudre de cellulose granulée qsp un comprimé de 500 mg »

Le but de l’exercice est de doser l’aspirine contenue dans ce comprimé par un dosage indirect et de comparer avec les indications données par l’étiquette.

On dispose des solutions suivantes :

-  Solution d’hydroxyde de sodium de concentration C_B = 1,00 mol / L.

-  Solution d’acide chlorhydrique de concentration C_A = 5,0 x 10 ^{– 2}  mol / L.

-  Masse molaire de l’aspirine : M (aspirine) = 180 g / mol

1)- La réaction utilisée

On met le comprimé dans 10,0 mL de la solution d’hydroxyde de sodium puis on ajoute 15 mL d’eau.

On agite en chauffant pendant 10 min. La réaction est terminée, on obtient la solution A.

L’équation de la réaction est :

C₉H₈O₄  +  2 HO ^–  →  C₇H₅O₃^–  +  CH₃COO ^–  +  H₂O

a)- Écrire l’équation traduisant la réaction des ions hydroxyde sur l’aspirine en utilisant les formules semi-développées des réactifs et des produits de la réaction.

b)- Montrer que si la quantité d’aspirine contenue dans le comprimé est voisine de celle annoncée sur l’étiquette, les ions hydroxyde sont en excès.

2)- Le dosage.

Pour doser la soude en excès, on verse la solution A dans une fiole jaugée de 100 mL et on ajuste au trait de jauge avec de l’eau distillée, pour obtenir la solution B.

On prélève alors 10,0 mL de solution B à l’aide d’une pipette jaugée et on dose avec la solution d’acide chlorhydrique.

On obtient l’équivalence pour un volume d’acide versé de 12,0 mL.

a)- Écrire l’équation de la réaction de dosage.

b)- À partir du dosage, calculer la quantité d’ions HO^–  présents dans la solution A.

c)- En déduire la quantité exprimée en mol, puis la masse d’aspirine dans le comprimé.

d)- Le résultat obtenu est-il en accord avec l’étiquette ?

L’étiquette d’un médicament comprenant de l’aspirine (ou acide acétylsalicylique) indique la composition suivante :

« Acide acétylsalicylique : 350 mg 

Excipient : amidon de maïs, poudre de cellulose granulée qsp un comprimé de 500 mg »

Le but de l’exercice est de doser l’aspirine contenue dans ce comprimé par un dosage indirect et de comparer avec les indications données par l’étiquette.

On dispose des solutions suivantes :

-  Solution d’hydroxyde de sodium de concentration C_B = 1,00 mol / L.

-  Solution d’acide chlorhydrique de concentration C_A = 5,0 x 10 ^{– 2}  mol / L.

-  Masse molaire de l’aspirine : M (aspirine) = 180 g / mol

1)- La réaction utilisée

On met le comprimé dans 10,0 mL de la solution d’hydroxyde de sodium puis on ajoute 15 mL d’eau.

On agite en chauffant pendant 10 min. La réaction est terminée, on obtient la solution A.

L’équation de la réaction est :

C₉H₈O₄  +  2 HO ^–  →  C₇H₅O₃^–  +  CH₃COO ^–  +  H₂O

a)- Écrire l’équation traduisant la réaction des ions hydroxyde sur l’aspirine en utilisant les formules semi-développées des réactifs et des produits de la réaction.

-  Équation de la réaction.

b)- Montrer que si la quantité d’aspirine contenue dans le comprimé est voisine de celle annoncée sur l’étiquette, les ions hydroxyde sont en excès.

-  Quantité de matière d’aspirine :

-  Quantité de matière d’ions hydroxyde.

-  n_B = [HO ^–] . V

-  n_B = 1,0  x 10 x 10 ^{– 3}

-  n_B ≈ 1,0 x 10 ^{– 2} mol

2)- Le dosage.

Pour doser la soude en excès, on verse la solution A dans une fiole jaugée de 100 mL et on ajuste au trait de jauge avec de l’eau distillée, pour obtenir la solution B.

On prélève alors 10,0 mL de solution B à l’aide d’une pipette jaugée et on dose avec la solution d’acide chlorhydrique.

On obtient l’équivalence pour un volume d’acide versé de 12,0 mL.

a)- Écrire l’équation de la réaction de dosage.

-  Réaction de dosage : 

H₃O⁺_(aq)   +  HO ^– _(aq)  =    2  H₂O _(ℓ)

-  C’est une réaction de dosage : elle est totale et rapide.

b)- À partir du dosage, calculer la quantité d’ions HO^–  présents dans la solution A.

-  Quantité de matière d’ions hydroxyde présents dans la solution A.

-  À l’équivalence, la quantité de matière d’ions oxonium ajoutés est égale à la quantité de matière d’ions hydroxyde initialement présents.

-  n (HO ^–) = n (H₃O⁺)   =>  C_B . V_B = C_A . V_AE 

-  n (HO ^–) = C_A . V_AE 

-  n (HO ^–) =  5,0 x 10 ^{– 2} x 12 x 10 ^{– 3}

-  n (HO ^–) ≈  6,0 x 10 ^{– 4} mol

-  Ceci dans les 10 mL de solution A dosée

-  Dans la solution A (100 mL), n = 10 n (HO ^–) ≈ 6,0 x 10 ^{– 3} mol 

c)- En déduire la quantité exprimée en mol, puis la masse d’aspirine dans le comprimé.

-  Quantité de matière et masse d’aspirine dans un comprimé.

-  Tableau d’avancement de la réaction :

-  Avancement maximal :

-  

-  Quantité de matière d’aspirine : n _asp = x_max  ≈ 2,0 x 10 ^{– 3} mol

-  Masse d’aspirine :

-  m_asp = n_asp . M_asp

-  m _asp = 2,0 x 10 ^{– 3} x 180 

-  m _asp ≈ 0,36 g

d)- Le résultat obtenu est-il en accord avec l’étiquette ?

-  Le résultat est sensiblement en accord avec l’étiquette :

-  On ne peut pas attendre plus de précision d’un dosage pH-métrique ou colorimétrique.