Chapitre 6 : réactions acido-basiques titrage

DU CHOU DANS L'abricot (4 points Antilles 09-2007) corrigé

Note à l'attention du candidat : les parties 1 et 2 sont indépendantes.

Les anthocyanes sont des colorants naturels présents dans de nombreux fruits rouges ou de pétales de fleurs.Ils sont notamment présents dans les feuilles de chou rouge d'où il est aisé de les extraire. La variation de structure des anthocyanes en fonction de l'acidité du milieu est une particularité de ces molécules. Suivant le pH, 3 formes, avec des absorbances différentes, ont été mises en évidence (voir ANNEXE 3).On souhaite utiliser le jus de chou rouge comme indicateur pour doser l'acide propanoïque (CH₃-CH₂-COOH) utilisé dans la synthèse de l'arôme d'abricot.Afin de vérifier que l'utilisation du jus de chou rouge est judicieuse, un premier dosage à la date t = 2 min est réalisé par pH-métrie (voir ANNEXE 4). Acide propanoïque (CH₃-CH₂-COOH) ion propanoate CH₃-CH₂-CO₂^-

1. ÉTUDE DU DOSAGE

1.1. Écrire l'équation bilan traduisant le titrage de l'acide propanoïque par une solution d'hydroxyde de
sodium (Na⁺_aq + HO^–_aq).

1.2. Déterminer, en faisant apparaître les constructions sur la courbe de L'ANNEXE 4, le volume V et le pH à l'équivalence. Décrire la méthode utilisée.

1.3. Quelle est la couleur de la solution initiale une fois le jus de chou rouge introduit ? Justifier votre réponse à l'aide des documents donnés dans les ANNEXES 3 et 4.

1.4. Le chou rouge peut-il être utilisé comme indicateur coloré dans ce dosage ? Justifier la réponse.

1.5. Utilisation de la courbe pour déterminer la constante d'acidité de l'acide propanoïque :

1.5.1. Donner l'expression de la constante d'acidité de l'acide propanoïque.

1.5.2. Que peut-on dire des concentrations en acide propanoïque et en ion propanoate lorsque la moitié du volume équivalent a été versé ? Exprimer les concentrations de l’acide et de la base à la demi équivalence. Le nombre de mole d’acide initiale sera noté n(AH)_initiale , le volume d’acide sera noté Va et le volume équivalent V_E.

1.5.3. Donner alors l'expression de la constante d'acidité de l'acide propanoïque en fonction du pH lorsque la moitié du volume équivalent a été versé.

1.5.4. À partir de la valeur du pH lue sur la courbe à la demi équivalence, déterminer la valeur de la constante d'acidité de l'acide propanoïque.

Les anthocyanes du chou rouge sont utilisés dans la suite pour réaliser les dosages de l'acide propanoïque par colorimétrie.

2. SUIVI TEMPOREL DE LA SYNTHÈSE.

De l'arôme d'abricot est synthétisé à chaud à partir du mélange d'un volume V_A = 20,0 mL d'alcool noté A et d'un volume V_B = 29,0 mL d'acide propanoïque (CH₃CH₂CO₂H) en présence de 1,0 mL d'acide sulfurique. On note V_T = 50,0 mL le volume total du système. Les réactifs sont introduits à la date t = 0. Les données utiles à la résolution de l'exercice sont données dans L'ANNEXE 5 (à rendre avec la copie). La réaction chimique appelée réaction d’estérification supposé totale a pour équation :

C₂H₅CO₂H + C₅H₁₂O = C₈H₁₆O₂ + H₂O

Afin de suivre l'évolution de cette transformation en fonction du temps, des prises d'essai de volume V'_B = 3,0 mL sont réalisées à intervalles de temps réguliers. Une trempe de chaque prise d'essai est effectuée dès son prélèvement ; cette opération consiste à ajouter une grande quantité d'eau distillée glacée à la prise d'essai. Les acides (acide sulfurique et acide propanoïque restant) sont dosés par une solution d'hydroxyde de sodium de concentration C = 1,0 mol.L^-1 en présence de jus de chou rouge.

2.1. Expliquer l'intérêt de la trempe en précisant le(s) facteurs) cinétique(s) mis enjeu.

2.2. Déterminer la quantité de matière d'acide propanoïque n_B(0) introduite à la date t = 0. La quantité de matière initiale d'alcool A est n_A(0) = 18.10^-2 mol.

2.3. Déterminer l'avancement maximum de la transformation chimique.

2.4. Établir la relation entre la quantité n_B d'acide restant à la date t, la quantité n_B(0) et l'avancement x de la transformation à cette date.

2.5. Dans le tableau suivant sont reportés les volumes de réactif titrant versés pour doser uniquement l'acide propanoïque :

t (min.)	0	2	5	10	15	20	25	30
V(mL)	23,3	-	17,8	14,8	13,7	13,3	13,0	13,0

V étant le volume de réactif titrant ajouté à l'équivalence dans la prise d'essai de volume V'_B.

Déterminer la quantité n’_B d'acide propanoïque présent dans la prise d'essai à la date t = 30 min.

En déduire la quantité n_b d'acide propanoïque restant dans le milieu réactionnel de volume V_T = 50,0 mL.

2.6. Le taux d’avancement noté t (tau) d’une réaction chimique étant défini à la date t comme le rapport de l’avancement à la date t sur l’avancement maximal de la réaction, déterminer le taux d’avancement de la transformation étudiée à la date t = 30 min.

2.7. Après avoir placé sur la courbe de l’ANNEXE 6 (à rendre avec la copie) la valeur déterminée dans la question

2.5., tracer la courbe donnée en ANNEXE 6. Peut-on considérer que la transformation est terminée après 30 minutes de chauffage à reflux ? Justifier.

2.8. Définir et déterminer le temps de demi-réaction.

2.9 On a préparé la solution de soude de concentration c = 1,0 mol.L^-1 de volume V =0,1 L avec une solution commerciale de densité d = 1,2 avec un pourcentage en masse d’hydroxyde de sodium de 33%. Calculer la concentration c1 en soude de la solution commerciale. Détailler comment préparer la solution de concentration c à partir de la solution commerciale. M(NaOH) = 40 g.mol^-1.

ANNEXE 3

Les anthocyanes du chou

Cation Flavylium Base quinonique Chalcone

Espèces chimiques	Cation Flavyliun Base Quinonique			Chalcone
pH	3,0 6 8,5 13
Couleur	rouge	Bleu vert	Vert	Jaune

ANNEXE 5

réactifs et produits de la synthèse

	M en g.mol^-1	Masse volumique à 20°C en g.mL^-1	Température de fusion en °C	Température d'ébullition en °C	Solubilité avec l'eau
Acide propanoïque	74,0	0,99	-20,8	141	infinie
Alcool A	88,2	0,81	-117	128,5	faible
Éthanoate d'isoamyle	130,2	0,87	-78,5	142	faible

ANNEXE 4 (à rendre avec la copie)

ANNEXE 6 (à rendre avec la copie)

Évolution du taux d'avancement en fonction du temps