Corrigé - Chimie - PCSI

PCSI 2012/2013
Corrigé du
Devoir à la Maison de chimie n°2
Bécher A
Expériences de mise en solution de l’acide benzoïque
1) On tente de dissoudre 2,0 g d’acide benzoïque dans un volume de 200 mL d’eau distillée. Si la
solution devenait limpide, on obtiendrait une solution de concentration massique

passée au-dessus de 10 g⋅L −1 .
La solubilité de l’acide benzoïque dans l’eau augmente quand la température augmente.
Ce phénomène se rencontre pour la plupart des solides, mais pas tous. Pour le calcaire (CaCO 3), par
exemple, la solubilité baisse quand la température augmente, c’est pourquoi les canalisations d’eau
chaude s’entartrent davantage que les canalisations d’eau froide.
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4) Lors de l’ajout de soude (Na + , OH − ), le pH augmente (ce qui n’est pas surprenant puisque la
soude est une base) et la quantité de solide en suspension diminue. La solution devient finalement
limpide (s’il y a de gros grains de solide, il faut attendre plus longtemps qu’ils se désagrègent).
5) L’ion hydroxyde est une base beaucoup plus forte que l’ion benzoate :
_
PhCOOH PhCOO
4,1
O
H 2
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pK a
_
HO
La réaction quasi-totale qui se produit dans la solution (entre les espèces dissoutes) est donc :
6) Le diagramme de prédominance est :
− −
PhCOOH(aq) + HO (aq) ⇄ PhCOO(aq) + H2O(ℓ) (3)
4,1 pH
−
PhCOOH(aq) PhCOO (aq)
Avant l’ajout de soude, le pH mesuré est de 3,4. L’acide benzoïque est donc majoritairement sous
forme PhCOOH. Au fur et à mesure qu’on ajoute la soude, PhCOOH se transforme en PhCOO − selon la
réaction (3), et le pH augmente progressivement. On se déplace donc vers la droite sur le diagramme
de prédominance. Lorsque le pH devient nettement supérieur à 4,1, on peut considérer que quasiment
tout l’acide benzoïque a été transformé en ion benzoate.
7) En résumé, lorsqu’on ajoute la soude :
− −
La réaction (3) se produit, PhCOOH(aq) + HO (aq) ⇄ PhCOO(aq) + H2O(ℓ), comme on l’a expliqué
précédemment. Cela consomme donc de l’acide benzoïque dissous, qui est régénéré par l’équilibre (1),
PhCOOH(s) ⇄ PhCOOH(aq), et ceci tant qu’il reste du solide en suspension.
Lorsqu’il n’y a plus de solide, la solution devient limpide. En excès de soude, on obtient finalement une
solution de benzoate de sodium PhCOO− , Na + à la concentration

Lorsqu’on ajoute de l’acide chlorhydrique (H 3O + , Cl − ) :
Le processus inverse se produit : les ions benzoate sont reprotonnés en PhCOOH, ce qui fait augmenter
leur concentration, jusqu’à la saturation.
Les réactions sont alors les réactions inverses de (2) et (1) :
Puis, dès que la saturation est atteinte :
− +
PhCOO (aq) + H3O (aq) ⇄ PhCOOH(aq) + H2O(ℓ) PhCOOH(aq) ⇄ PhCOOH(s)
On observe alors de plus en plus de solide qui se reforme dans le bécher A, au fur et à mesure que le
pH baisse, car PhCOOH est peu soluble dans l’eau.
Bécher C
8) Après avoir laissé reposer, on observe deux phases limpides : la phase organique (acétate
d’éthyle) constitue la couche supérieure, l’acétate d’éthyle est moins dense que l’eau.
9) Comme les deux phases sont limpides et que l’acide benzoïque est peu soluble dans l’eau, on en
déduit qu’il s’est intégralement dissous dans la phase organique.
L’acide benzoïque est beaucoup plus soluble dans l’acétate d’éthyle que dans l’eau.
- La faible solubilité de l’acide benzoïque dans l’eau, s’explique par la taille relativement importante de
sa partie hydrophobe : le cycle aromatique, avec lequel l’eau n’a aucune affinité particulière.
Les molécules d’eau étant très liées entre elles par liaison hydrogène, il est très défavorable d’y
incorporer des molécules à longue chaîne carbonée.
- L’acétate d’éthyle est un ester, et n’a pas d’hydrogène capable de réaliser de liaison hydrogène ; il est
donc hydrophobe et ne se mélange pas à l’eau. En outre, c’est un solvant de polarité moyenne ; l’acide
benzoïque est également une molécule de polarité moyenne. Les forces de van der Waals qui
s’établissent entre molécules d’acétate d’éthyle sont donc assez similaires à celles qui s’établissent
entre l’acétate d’éthyle et l’acide benzoïque. C’est pourquoi ces deux corps « s’assemblent » bien entre
eux, autrement dit l’acide benzoïque est très soluble dans l’acétate d’éthyle.
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