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TP Chimie -­‐ Lefèvre 2014-­‐2015 TP 9 : SEPARATION OU COMMENT ISOLER DES PRODUITS A L’ISSUE D’UNE SYNTHESE ? Objectif : Le but de ce TP est d’appliquer les notions acquises sur les forces moléculaires aux phénomènes de solubilité et de miscibilité afin d’imaginer un protocole de séparation. INTRODUCTION : LA REACTION DE CANNIZZARO Le benzaldéhyde est utilisé dans l’industrie agro-­‐alimentaire comme arôme (odeur d’amande amère). En présence d’une solution aqueuse d’hydroxyde de potassium (K+, HO-­‐), le benzaldéhyde est susceptible de réagir sur lui même selon la réaction de Cannizzaro : O
O
H
2
O
+ HO-
OH
+
On forme l’alcool benzylique (antiseptique à large spectre bactéricide et fongicide) ainsi que l’ion benzoate, base conjuguée de l’acide benzoïque (couple C6H5COOH/C6H5COO-­‐). L’acide benzoïque est utilisé comme conservateur et agent fongicide dans de nombreuses boissons « light » sous la codification E210. Données physiques et sécurité Produit Benzaldéhyde Alcool benzylique Acide benzoïque Benzoate de potassium Tfus (°C) -­‐56 -­‐15 122 Teb (°C) 178 205 Masse molaire -­‐1
(g.mol ) 106 108 122 Densité 1,04 1,04 Solubilité Autre • Solubilité dans l’eau : faible • Très soluble dans l’éther diéthylique Miscible avec l’alcool benzylique • Solubilité dans l’eau assez -­‐1
faible (40 g.L à 17°C) • Très soluble dans l’éther diéthylique • Solubilité dans l’eau : -­‐1
1,5 g.L à 10°C -­‐1
2,4 g.L à 25°C -­‐1
68 g.L à 95°C • Solubilité dans l’ether diéthylique : faible -­‐1
(2,4 g.L à 25°C) • Très soluble dans l’eau -­‐1
(400 g.L à 20 °C) • Insoluble dans l’ether diéthylique Indice de réfraction nD25 = 1,5384
Couple C6H5COOH
/ -­‐
C6H5COO : pKa = 4,2 Base conjuguée de l’acide benzoïque Sécurité Nocif en cas d’ingestion. Provoque une irritation des yeux. Nocif en cas d'ingestion ou d'inhalation. Nocif en cas d’ingestion. Irritant pour les yeux. Provoque une irritation des yeux. Liquide e
t v
apeurs Ether Faiblement miscible avec 35 0,70 -­‐1
inflammables diéthylique l’eau (60,4 g.L à 25 °C) Nocif en cas d'ingestion Peut provoquer somnolence ou vertiges Attention : Porter des gants lors de la manipulation de milieux très basiques ou très acides. 1 TP Chimie -­‐ Lefèvre 2014-­‐2015 I. PRELIMINAIRES 1) Dans quel état physique est l’alcool benzylique à la température du laboratoire ? L’acide benzoïque ? 2) Combien de phases y a-­‐t-­‐il dans le milieu réactionnel à l’état final a priori ? Donner la composition de chacune des phases. 3) Ecrire l’équation de la réaction acido-­‐basique ayant lieu entre l’ion benzoate C6H5COO− et l’acide chlorhydrique. On précise que l’acide chlorhydrique est un acide fort. 4) Expliquer brièvement pourquoi : • l’acide benzoïque est peu soluble dans l’eau •
•
le benzoate de potassium est très soluble dans l’eau, mais insoluble dans l’ether diéthylique l’eau et l’éther diéthylique sont non miscibles Apporter les fiches « Techniques de chimie organique ». 2 TP Chimie -­‐ Lefèvre 2014-­‐2015 II. ENONCE DU TP Le flacon qui se trouve sur votre paillasse contient le milieu réactionnel à l’issue d’une réaction de Cannizzaro réalisée à partir de benzaldéhyde et d’un excès d’hydroxyde de potassium. En fin de réaction, on obtient un mélange constitué principalement d’alcool benzylique et de benzoate de potassium dans l’eau. Le milieu est très basique (car HO-­‐ est en excès). Il peut éventuellement rester du benzaldéhyde si la réaction n’a pas été totale. Votre objectif est de : •
Récupérer séparément l’alcool benzylique et l’acide benzoïque Caractériser ces deux produits à l’aide de techniques appropriées. •
Rédiger un compte-­‐rendu par binôme en détaillant toutes les étapes de la démarche et les conclusions. Conseils : § Faites particulièrement attention à la clarté de vos explications. A chaque étape : Quelle est la situation ? Quel est l’objectif ? Quelle est la démarche suivie ? Quel est le résultat ? § Inutile de décrire les points techniques dans le compte rendu (par exemple on pourra écrire : « On réalise un essorage sur Büchner », sans détailler en quoi cela consiste). § Vous pouvez vous appuyer sur des schémas. Matériel a disposition : •
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Produits Flacon contenant le mélange à séparer. Ether diéthylique (maximum 100 mL/binôme). Sulfate de magnésium anhydre. Acide chlorhydrique 6 mol.L-­‐1 (attention très concentré) Eluant pour CCM (mélange cyclohexane/propanone dans les proportions 2/1 en volume) Acide benzoïque commercial, benzaldéhyde commercial, alcool benzylique commercial •
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Matériel 4 béchers 150 mL Ampoule à décanter + bouchon + support. Evaporateur rotatif + ballon poire 1 entonnoir en verre pour la filtration. 1 entonnoir Büchner + fiole à vide. 1 entonnoir à solide. Filtres ronds et filtres plissés Papier pH. Matériel CCM (plaques de silice et capillaires) Réfractomètre Banc Köfler. 3 TP Chimie -­‐ Lefèvre 2014-­‐2015 Com Vald
er Réaliser Analyser S’ap prop
rier Bilan élève : Faire un résumé de la méthode utilisée sous forme d’un schéma synoptique Evaluation Oui A revoir Ai-­‐je su extraire les informations utiles des documents ? Ai-­‐je su proposer un protocole pour la séparation ? Sais-­‐je choisir le matériel adapté ? Ai-­‐je compris le schéma bilan qui résume la démarche ? Est-­‐ce que je maitrise les gestes techniques déjà vus cette année ? Sais-­‐je faire une CCM ? Sais-­‐je utiliser l’évaporateur rotatif ? Sais-­‐je mesurer un indice de réfraction ? Ai-­‐je un regard critique sur mon protocole et mes résultats ? Sais-­‐je exploiter les résultats des caractérisations et tests de pureté ? Le compte-­‐rendu est-­‐il clair ? Mes schémas de montage sont-­‐ils clairs et précis ? Sais-­‐je faire preuve d’écoute et confronter mon point de vue ? Sais-­‐je gérer mon temps ? (être efficace, rapide et autonome) Ma paillasse est-­‐elle propre et les déchets bien gérés ? Ai-­‐je été sécuritaire (pour les autres et pour moi) ? 4 TP Chimie -­‐ Lefèvre 2014-­‐2015 Liste matériel TP 9 : Séparations Classes : PCSI 1-­‐2-­‐3 Nombres de postes : 12 par séances Produits • Pour un groupe (une demi-­‐journée) : 60mL d’alcool benzylique, 72g d’acide benzoïque dans 500 mL de solution d’hydroxyde de potassium à 2,5 mol.L-­‐1 (70 g de KOH dans 500mL d’eau) à répartir dans 12 flacons. • Ether diéthylique (100 mL/binôme). • Sulfate de magnésium anhydre (quelques spatules/binôme) • Acide chlorhydrique 6 mol/L. Pour la CCM : Eluant : Cyclohexane/acétone : 2/1 Benzaldéhyde commercial Acide benzoïque commercial Alcool benzylique commercial Matériel •
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Ampoule à décanter ( 100mL) + Bouchon + support. 4 béchers 150 mL Evaporateur rotatif + ballon poire 1 entonnoir en verre pour la filtration. 1 entonnoir Büchner + fiole à vide. 1 entonnoir à solide. Filtres ronds et filtres plissés Papier pH. Matériel CCM Réfractomètre Banc Kofler. 5