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Annales gratuites Bac S : Ion éthanolate

Le sujet  1998 - Bac S - Chimie - Exercice Imprimer le sujet
LE SUJET

L'éthanol, de formule C2H5OH, réagit avec le sodium suivant l'équation-bilan :
 
C2H5OH+Na ® C2H5O- + Na+ + 1/2 H2 (réaction 1)
 
L'ion éthanolate C2H5O- formé au cours de cette réaction réagit avec l'eau en donnant quantitativement de l'éthanol et des ions hydroxyde ; l'équation-bilan de sa réaction avec l'eau est appelée réaction 2.
 

Protocole :
- Dans 20mL d'éthanol pur on introduit 1,0g de sodium ; une réaction assez vive, exothermique, se produit, accompagnée d'un dégagement gazeux important.
 
- Après s'être assuré que tout le sodium a disparu, on refroidit le mélange réactionnel. On le verse dans une fiole jaugée de 200 mL contenant déjà un peu d'eau distillée. On complète jusqu'au trait de jauge avec de l'eau distillée. Soit S la solution homogène ainsi obtenue.
 
- On dose une prise d'essai de 10,0 mL de la solution S par une solution d'acide chlorhydrique de concentration 1,0 x 10-1 mol.L-1.

 
Données :
- masses molaires atomiques :
M(Na) = 23 g.mol-1 ; M(O) = 16 g.mol-1 ; M(C) = 12 g.mol-1 ; M(H) = 1 g.mol-1

- masse volumique de l'éthanol : r = 790 g.L-1
 
 
I. Etudes des réactions 1 et 2.

 
1. La réaction 1 peut-elle être considérée comme une réaction acido-basique ?
Justifier la réponse.

2. Montrer que l'éthanol est introduit en excès par rapport au sodium.

3. En déduire la quantité (en moles) d'ions éthanolate formée lors de la réaction 1.

4. L'ion éthanolate est une base forte ; donner la définition d'une base forte.

Ecrire l'équation-bilan de la réaction 2 et montrer que cette réaction est une réaction acido-basique.


II. Dosage de la solution S.


1. Le volume de la solution d'acide chlorhydrique versé pour atteindre l'équivalence est 21,4 mL.
Par quelle méthode peut-on repérer cette équivalence ?

2. Faire un schéma annoté du dispositif utilisé pour réaliser le dosage de la solution S.

3. Ecrire l'équation-bilan de la réaction support du dosage.

4. Déduire du volume d'acide chlorhydrique versé à l'équivalence la quantité (en moles) d'ions hydroxyde présents dans les 200 mL de la solution S.

5. Montrer que ce résultat est en accord avec la réponse donnée à la question I.3.

LE CORRIGÉ

I - DONNEES DU PROBLEME

· volume d'éthanol , v = 20 mL
· masse de sodium, m = 1,0 g
· volume de la solution S, V = 200 mL
· masse volumique de l'éthanol, Mv = 790 g . L
· concentration de la solution d'acide chlorhydrique , CA = 1,0 x 10-1 mol . L-1
· masses molaires atomiques :
M (Na) = 23 g . mol-1
M (O) = 16 g . mol-1
M (C) = 12 g . mol-1
M (H) = 1 g . mol-1
· volume de la solution d'acide chlorhydrique versé pour atteindre l'équivalence :
VA = 21,4 mL


II - RESOLUTION LITTERALE


I.

1. Non, la réaction 1 ne peut être considérée comme une réaction acido-basique : l'éthanol, qui perd un proton au cours de cette réaction, est un acide selon la théorie de Brönsted, mais le sodium n'est pas une base (il ne gagne pas de proton).
 
2. Calculons les quantités de matière de l'éthanol et du sodium :
n (C2H5OH) = or m(C2H5OH) = Mv x v
Attention, Mv désigne la masse volumique de l'éthanol.
donc n (C2H5OH) =
n (Na) =

D'après l'équation bilan, n (C2H5OH) = n (Na)

Donc d'après les résultats du III, l'éthanol est bien en excès.

3. Puisque l'éthanol est en excès, il faut raisonner avec le sodium, réactif en défaut et par conséquent :
n (C2H5O-) = n (Na)
 
4. Une base forte est une base qui réagit totalement avec l'eau, qui est complètement dissociée dans l'eau.

L'ion éthanolate est la base conjuguée de l'éthanol qui réagit sur l'eau, acide conjugué de l'ion hydroxyde.

 

II.

1. On peut repérer cette équivalence avec le changement de couleur du bleu de bromothymol
( pH équivalent = 7,0 )

2. Liste du matériel à schématiser :
- burette graduée de 25 mL contenant la solution d'acide chlorhydrique de concentration 1,0 x 10-1 mol.L-1
- becher contenant la prise d'essai de 10,0 mL de la solution S et contenant un barreau aimanté et quelques gouttes de bleu de bromothymol
- agitateur magnétique (pour homogénéiser la solution pendant le dosage)
( Le pH- mètre n'est pas indispensable si le dosage est colorimétrique ).


3. L'équation-bilan de la réaction support du dosage est : HO- + H3O+ ® 2H2O
C2 H5 O- , étant une base forte, n'existe pas dans l'eau (voir I.4.).
 
4. A l'équivalence, la quantité de matière d'ions hydroxyde dans 10,0 mL de S est égale à celle de H3O+ versée, d'où : n (OH-) = CA x VA
Donc dans 200mL de S, n' (OH-) = 20 x CA x VA

5. Or, la quantité de matière d'ions OH- dosée est égale à celle d'ions éthalonate formée lors de la réaction 1.
La valeur calculée au II.4. est bien égale à celle de la question I.3 en considérant 2 chiffres significatifs.

 

III - RESULTATS NUMERIQUES

I. 2. n (C2H5OH) =
n (C2H5OH) = 3,4 x 10-2 mol.
n (Na) = 1, 0 / 23 = 4,3 x 10-2 mol.
 
3. n (C2H5O-) = 4,3 x 10-2 mol.
 

II. 4. n' (C2H5O-) = 20 x 1,0 x 10-1 x 21, 4 x 10-3 = 4, 3 x 10-2 mol.

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