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EXERCICES 17-B

La butanone

Action de l'éthanal sur le réactif de Tollens

 

EXERCICE 1


ENONCE : La butanone

On prépare de la butanone en oxydant un alcool par du permanganate de potassium en milieu acide..

· 1- Quel alcool faut-il utiliser ? (corrigé)

· 2- Ecrire l'équation de la réaction. (c)

· 3- Calculer la masse d'alcool à oxyder pour obtenir 0,50 litre de butanone. (c)

Données :

densité da la butanone : d = 0,80

masses molaires atomiques :O : 16 g / mol C : 12 g / mol H : 1 g / mol

 
SOLUTION :


·
1-
(énoncé) Précisons l'alcool à utiliser pour préparer de la butanone.

Pour préparer de la butanone CH3 - CH2 - CO - CH3 il faut oxyder de façon ménagée l'alcool secondaire de formule . C'est le butan - 2 - ol. (1)


·
2-
(e) Ecrivons l'équation de la réaction.

Demi-équation relative à l'alcool (réducteur) :

CH3 - CH2 - CHOH - CH3 CH3 - CH2 - CO - CH3 + 2 H + + 2 e - (2)

Demi-équation relative à l'ion permanganate (oxydant) :

MnO4 - (aq) + 8 H + (aq) + 5 e - Mn + + (aq) + 4 H2O (liq) (3)

Pour avoir un échange de 10 électrons e - on multiplie (2) par 5 puis (3) par 2 et on ajoute :

5 CH3 - CH2 - CHOH - CH3 + 2 MnO4 - (aq) + 16 H + (aq) + 10 e -5 CH3 - CH2 - CO - CH3 + 10 H + + 10 e - + 2 Mn + + (aq) + 8 H2O (liq) ) (4)

On simplifie :

5 CH3 - CH2 - CHOH - CH3 + 2 MnO4 - (aq) + 6 H + (aq) 5 CH3 - CH2 - CO - CH3 + 2 Mn + + (aq) + 8 H2O (liq) ) (5)

Les ions 2 K + et 3 SO4 - - sont passifs. On pourrait les ajouter dans les 2 membres de (5).

Remarque : Pour obtenir la demi-équation (3) on suit les étapes suivantes :

MnO4 - + ... Mn + + + ... (6)

- On équilibrera en dernier les charges électriques (avec des électrons e -).

- Le dernier élément équilibré sera l'élément manganèse qui figure sous forme d'ion simple Mn + +.

- On équilibre l'élément oxygène :

MnO4 - + ... Mn + + + 4 H2O (7)

- On équilibre l'élément hydrogène en se rappelant qu'on opère en milieu acide, en présence de H + (aq).

MnO4 - + 8 H + + ... Mn + + + 4 H2O (8)

- L'élément manganèse est équilibré.

- Equilibre des charges électriques :

Le bilan des charges est provisoirement de 7 (+) à gauche et de 2 (+) à droite.

On fait donc intervenir 5 e - à gauche. 

MnO4 - + 8 H + + 5 e - Mn + + + 4 H2O (9) ou mieux :

MnO4 - (aq) + 8 H + (aq) + 5 e - Mn + + (aq) + 4 H2O (liq) (9 bis)


· 3- (e) Calculons la masse d'alcool à oxyder pour obtenir 0,50 litre de butanone.

La densité de la butanone par rapport à l'eau est d = 0,80 (10)

On sait que d = (masse de 0,50 L de butanone) / (masse de 0,50 L d'eau) (11)

d = (masse de 0,50 L de butanone) / 500

m = masse de 0,50 L de butanone = d x 500 = 0,80 x 500 = 400 g (12)

La masse molaire moléculaire de la butanone est M ( CH3 - CH2 - CO - CH3) = M (C4H8O1) = 12 x 4 + 1 x 8 + 16 = 72 g / mol (13)

La quantité de matière n présent dans m = 400 g de butanone est n :

n = m / M (C4H8O1) = 400 / 72 = 5,56 mol (14)

D'après (4) pour obtenir 5,56 moles de butanone il faut partir de 5,56 moles de butan-2-ol (15)

La masse molaire moléculaire du butan-2-ol est :

M ( CH3 - CH2 - CHOH - CH3) = M (C4H10O1) = 12 x 4 + 1 x 10 + 16 = 74 g / mol (16)

La masse d'alcool à oxyder pour obtenir 0,50 litre de butanone (n = 5,56 mol) est donc :

m (alcool) = n x M (C4H10O1) = 5,56 x 74

m (alcool) = 411 g (17)

 

EXERCICE 2


Introduction :
On prépare le réactif de Tollens en versant goutte à goutte une solution aqueuse d'ammoniaque ( NH4 + + OH - ) dans une solution aqueuse de nitrate d'argent. Au début il se forme un précipité noir mais ce précipité disparait en continuant à ajouter de l'ammoniaque. On arrête de verser l'ammoniaque dès que la solution est devenue limpide. Il s'est alors formé le complexe Ag(NH3)2 + en milieu basique ( OH - ). (18)


ENONCE : Action de l'éthanal sur le réactif de Tollens

Un tube à essais est assimilé à un cylindre de rayon r = 1,0 cm..

· 1- On y verse sur une hauteur h = 15 cm du réactif de Tollens. Calculer le volume de ce réactif. (corrigé)

· 2- L'éthanal a une densité d = 0,80. On en ajoute 1 mL dans le tube à essais.

Ecrire l'équation de la réaction qui se produit.

Le réactif de Tollens fait intervenir le couple Ag(NH3)2 + / Ag. (c)

· 3- Calculer la masse d'argent qui se dépose sur le verre en une fine couche sachant que tout l'aldéhyde est oxydé.

Masse molaire atomique de l'argent : 108 g / mol. (c)

  
SOLUTION :


·
1-
(énoncé) Calculons le volume V de réactif de Tollens présent dans le tube cylindrique :

V = S x h = (p . r2) x h = 3,14 x 1,0 2 x 15 = 47,1 cm 3 (19)


· 2- (e) Ecrivons l'équation d'oxydoréduction qui se produit :

Le réactif de Tollens fait intervenir le couple Ag(NH3)2 / Ag + en milieu basique ( présence de OH - ) - voir (18) ci-dessus.

Ag(NH3)2 + + 1 e - Ag + 2 NH3 (20)

L'éthanal CH3 - CHO s'oxyde normalement en acide éthanoïque CH3 - COOH mais, en milieu basique, il se formera l'ion éthanoate CH3 - COO - :

CH3 - CHO + ... CH3 - COO - + ... (21)

Méthode : Pour écrire une équation en milieu basique, on l'écrit d'abord en milieu acide avec H + puis on rajoute des ions HO - des 2 cotés afin de faire disparaître les ions H +. Enfin on simplifie l'équation.

CH3 - CHO + H2O CH3 - COO - + 3 H + + 2 e - (22)

Pour faire disparaître 3 H + on ajoute 3 HO - des 2 cotés. Cela donnera 3 H2O :

CH3 - CHO + H2O + 3 HO - CH3 - COO - + 3 H + + 3 HO -+ 2 e - (23)

CH3 - CHO + H2O + 3 HO - CH3 - COO - + 3 H2O + 2 e - (23 bis)

On ajoute maintenant (20 avec 2 e - ) et (23 bis) :

2 Ag(NH3)2 + + 2 e - 2 Ag + 4 NH3 (20 avec 2 e - )

CH3 - CHO + H2O + 3 HO - CH3 - COO - + 3 H2O + 2 e - (23 bis)

On obtient :

2 Ag(NH3)2 + + 2 e - + CH3 - CHO + H2O + 3 HO - 2 Ag + 4 NH3 + CH3 - COO - + 3 H2O + 3 e - (24)

Simplifions :

2 Ag(NH3)2 + + CH3 - CHO + 3 HO - 2 Ag + 4 NH3 + CH3 - COO - + 2 H2O (25)


· 3- (e) Calculons la masse d'argent qui se dépose sur le verre en une fine couche (miroir d'argent) sachant que tout l'aldéhyde est oxydé.

L'éthanal a une densité d = 0,80. On en ajoute 1 mL dans le tube à essais.

Par définition de la densité :

d = (masse de 1 mL d'éthanal) / (masse de 1 mL d'eau) (26)

0,80 = (masse de 1 mL d'éthanal) / (1 gramme)

(masse de 1 mL d'éthanal) = m = 0,80 x 1 gramme = 0,80 g (27)

La masse molaire moléculaire de l'éthanal est M (CH3 - CHO) = M ( C2H4O) = 12 x 2 + 1 x 4 + 16 = 44 g / mol (28)

La quantité de matière d'éthanal est n :

n = m / M ( C2H4O) = 0,80 / 44 = 0,0182 mol (29)

D'après (25) 2 Ag(NH3)2 + + 1 CH3 - CHO + 3 HO - 2 Ag + 4 NH3 + CH3 - COO - + 2 H2Oon voit que :

1 mole d'éthanal CH3 - CHO 2 moles Ag (30)

0,0182 mole d'éthanal CH3 - CHO 2 x 0,0182 = 0,0364 mole Ag (31)

L'énoncé dit que 1 mole Ag a une masse de 108 g :

1 mole Ag a une masse de 108 g (32)

0,0364 mole Ag a une masse 0,0364 x 108 g (33)

m (Ag) = 0,0364 x 108 = 3,9 g (34)

 

A VOIR :

Exercice 17-A : Connaissances du cours n° 17.

Exercice 17-B : La butanone - Action de l'éthanal sur le réactif de Tollens. (ci-dessus)

Exercice 17-C : Oxydation brutale ou oxydation ménagée d'un aldéhyde.

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