EXERCICE 1 – UNE SÉRIE D’EXPÉRIENCES HISTORIQUES : LA RÉACTION D’ESTÉRIFICATION ÉTUDIÉE PAR MARCELLIN BERTHELOT (9 POINTS)

« EXERCICE 1 – UNE SÉRIE D’EXPÉRIENCES HISTORIQUES : LA RÉACTION D’ESTÉRIFICATION ÉTUDIÉE PAR MARCELLIN BERTHELOT (9 POINTS) Marcellin Berthelot (1827-1907), auteur de nombreuses découvertes en chimie, est considéré comme l’un des plus grands scientifiques français du dix-neuvième siècle. Avec l’aide de son élève, Léon Péan de Saint-Gilles, il a étudié de manière approfondie la réaction entre un alcool et un acide carboxylique. L’objectif de cet exercice est de montrer comment la technique du dosage par titrage a permis à Marcellin Berthelot de mettre en évidence les notions de cinétique chimique et d’équilibre chimique. 1.

Dosage par titrage. Berthelot et Péan de Saint-Gilles ont réalisé un mélange contenant les mêmes quantités de matière en acide éthanoïque et en éthanol laissé à la température ambiante de 20 °C.

Il s’est formé de l’éthanoate d’éthyle et de l’eau.

La transformation d’estérification qui s’est déroulée était très lente.

Elle peut être modélisée par l’équation de réaction suivante : CH3COOH(ℓ) + C2H5OH(ℓ) ⇄ CH3COOC2H5(ℓ) + H2O(ℓ) Q1.

Représenter la formule semi-développée de l’acide éthanoïque.

Entourer et nommer le groupe caractéristique de la molécule.

Nommer la famille fonctionnelle à laquelle appartient l’éthanoate d’éthyle. La transformation s’étant poursuivie pendant quinze jours, un échantillon du mélange réactionnel a alors été prélevé afin de connaître l’évolution des quantités de matière des espèces chimiques en jeu.

Pour Marcellin Berthelot : « C’est évidemment l’acide qu’il faut déterminer.

On transvase (l’échantillon) dans un vase à fond plat.

On ajoute quelques gouttes de teinture de tournesol et l’on verse de l’eau de baryte avec une burette graduée jusqu’à ce que la teinte rose du tournesol ait viré au bleu franc.

» Données :  Le vase à fond plat est un erlenmeyer ;  La teinture de tournesol est un indicateur coloré acido-basique ;  L’eau de baryte est une solution aqueuse d’hydroxyde de baryum : elle contient les − ions baryum Ba2+(aq), spectateurs, et les ions hydroxyde HO (aq) ; − −  Couples acide / base mis en jeu : CH3CO2H(ℓ) / CH3CO2 (aq) ; H2O(ℓ) / HO (aq). Q2.

Faire un schéma du dosage par titrage réalisé en y indiquant les positions de la solution titrante et de la solution titrée. Q3.

Écrire l’équation de réaction qui modélise la transformation lors du dosage par titrage entre l’acide éthanoïque présent dans l’échantillon et les ions hydroxyde provenant de la burette.

Citer au moins une caractéristique que doit posséder toute réaction utilisée pour un dosage par titrage. Q4.

Indiquer la teinte de la forme acide de l’indicateur coloré. 24-PYCJ2PO3 Page : 2/13 On considère une solution titrante de concentration en quantité de matière cB en ions − hydroxyde HO (aq) de valeur égale à 2,0 mol·L–1 et provoquant le changement de couleur pour un volume VBE versé à l’équivalence de valeur égale à 5,0 mL. Q5.

En utilisant la relation entre les quantités de matière à l’équivalence, calculer la valeur de la quantité de matière nA en acide éthanoïque dans l’échantillon titré. Données :  Le volume de l’échantillon Véch vaut un centième du volume du mélange réactionnel initial Vi ;  Le dosage par titrage réalisé a montré que 10 % de l’acide initial avait réagi. Q6.

Montrer que ce mélange contenait initialement une quantité de matière d’acide ni de valeur égale à 1,1 mol. 2.

Cinétique chimique. Les dosages par titrage successifs d’échantillons issus du mélange réactionnel laissé à température ambiante ont permis d’obtenir les résultats du tableau de la figure 1. Temps écoulé en jours Proportion de l’acide initial ayant réagi 15 10 % 22 14 % 70 37 % 72 38 % 128 47 % 154 48 % 277 54 % 368 55 % Figure 1.

Expérience effectuée à la température T1 = 20 °C. L’expérience a été reproduite en portant la température T2 du mélange réactionnel à la valeur constante égale à 100 °C.

Les résultats obtenus sont présentés dans le tableau de la figure 2. Temps écoulé en jours Proportion de l’acide initial ayant réagi 4 26 % 9 37 % 15 47 % 32 56 % 60 60 % 120 65 % 150 67 % 180 67 % Figure 2.

Expérience effectuée à la température T2 = 100 °C. Q7.

Expliquer pourquoi l’ensemble des mesures de Marcellin Berthelot illustrent le fait que la température est un facteur cinétique.

Au moins une comparaison quantitative s’appuyant sur les données des tableaux des figures 1 et 2 est attendue. 24-PYCJ2PO3 Page.... »