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Bac Physique-Chimie

Asie 1

Dans cette vidéo, Théobald de Cidéo aborde l'exercice de chimie sur l'estérification dans le vin, qui a été donné au bac en Asie l'année dernière. Il se concentre sur la durée de la synthèse d'un ester du vin en laboratoire et comment la relier aux conditions expérimentales.

Le protocole expérimental consiste à mélanger 115 ml d'acide éthanoïque pur avec 17 ml d'éthanol pur dans un bain de glace. Ensuite, 2 ml du mélange réactionnel sont prélevés dans 7 tubes différents. Une solution d'hydroxyde de sodium est préparée dans une burette pour le titrage des tubes.

La première question abordée est pourquoi le mélange réactionnel est placé dans un bain de glace avant le temps T0 et avant le titrage. Il explique que la température est un facteur cinétique, et en abaissant la température, on ralentit la réaction. Ainsi, le bain de glace empêche la réaction de se produire avant le titrage.

Ensuite, il est demandé de montrer que le mélange réactionnel est équimolaire. Théobald calcule la quantité de matière d'acide éthanoïque et d'éthanol en utilisant leurs masses volumiques et molaires fournies dans l'énoncé, et il obtient des quantités de matière égales.

Il est ensuite demandé de vérifier que la quantité d'acide contenue dans chaque tube à la date T0 est de 17,3 millimoles. En utilisant les concentrations initiales du mélange réactionnel, il montre que la concentration en acide dans les tubes est la même que celle de la solution initiale, et fait une application numérique pour obtenir la valeur demandée.

Ensuite, il explique le rôle du bleu de thymol, qui est un indicateur coloré utilisé pour repérer l'équivalence lors du titrage. Il change de couleur dans une plage de pH spécifique, ce qui permet de repérer facilement l'équivalence. Il montre également comment la quantité d'acide restant dans chaque tube à la date Ti peut être calculée à l'aide de la formule CbxVbi.

Il établit ensuite un tableau d'avancement de la transformation chimique, démontrant comment la quantité d'éthanoate d'éthyle produite dans chaque tube peut être liée à la quantité d'acide restant.

Enfin, il donne les résultats expérimentaux dans un tableau et demande la valeur de la quantité de matière N2 manquante. En utilisant la formule précédente, il calcule cette quantité et obtient une valeur de 6,0 x 10-3 mol.

En conclusion, Théobald résume l'exercice et annonce qu'il continuera à traiter les questions restantes dans la prochaine vidéo.

Bonjour à tous, c'est Théobald de Cidéo, et dans cette vidéo on va s'intéresser à un exercice de chimie, et plus particulièrement à l'estérification dans un vin. Alors cet exercice a été donné au bac en Asie l'année dernière, et donc c'est le premier exercice du bac. Et là c'est la partie B de ce premier exercice, on avait déjà fait la partie A ensemble. On s'intéresse donc à la synthèse d'un estère du vin en laboratoire. Ce qu'on sait c'est que quand on fait un vin, la synthèse des estères c'est un processus qui est très lent, ça peut durer même plusieurs mois on nous dit. Et nous on va s'intéresser à cette durée pour essayer de voir comment est-ce qu'on pourrait la relier aux conditions expérimentales. Pour ça on va étudier la formation d'un estère, l'éthanoïde d'éthyl, et pour ça on va faire réagir de l'acide éthanoïde avec de l'éthanol pour former notre éthanoïde d'éthyl qui est notre estère. Le protocole est le suivant, on va mélanger 115 millilitres d'acide éthanoïde pur avec 17 millilitres d'éthanol pur en conservant attention le mélange dans un bain au glace. On introduit 2 millilitres du mélange réactionnel dans 7 tubes différents et on prépare à côté une solution d'hydroxyde de sodium dans une burette qui va permettre de titrer nos différents tubes. Nos tubes on va les plonger dans un bain d'eau bouillante à T0 et après à différents T on va pouvoir les sortir du bain marie et les mettre directement dans un bain au glace et titrer l'acide éthanoïde par notre solution d'hydroxyde de sodium. Première question, expliquer pourquoi le mélange réactionnel est placé dans un bain au glace avant l'instant T0 et avant titrage. On sait que la température c'est un facteur cinétique, qui dit facteur cinétique dit qu'à température élevée ça permet d'accélérer la réaction et à température basse la réaction se fait beaucoup plus lentement, prend beaucoup plus de temps à se faire. Donc si on place notre mélange réactionnel dans un bain marie ça empêche la réaction parce qu'on n'est pas dans un bain marie, on est dans un bain au glace, ça empêche la réaction parce qu'on va être très froid et donc avant de faire le titrage, avant le temps T0, on va dire la réaction ne se fait pas, on la bloque et comme ça on pourra faire toutes les réactions de nos différents tubes en même temps. Question suivante, montrer que le mélange réactionnel est préparé est équimolaire ou équimolaire. Alors qu'est ce que ça veut dire équimolaire ? D'après votre cours, un mélange équimolaire c'est un mélange dont tous les constituants sont introduits en quantité de matière égale. Donc ça veut dire que la quantité de matière d'acide éthanoïde est égale à la quantité de matière d'éthanol qui sont nos deux réactifs. Et bien ça il faut le prouver pour avoir un mélange équimolaire. Alors notre quantité d'acide éthanoïde, quelle est-elle ? Nous on connaît notre volume d'acide éthanoïde pur qui a été introduit, on va pouvoir remonter à la masse d'acide éthanoïde grâce à ma masse volumique et puis à ma quantité de matière grâce à ma masse molaire. Masse volumique et molaire sont données dans l'énoncé. Et bien c'est parti, faisons ça. Ma quantité d'acide c'est la masse d'acide divisé par la masse molaire d'acide. J'ai utilisé cette partie là de mon graphe et je transforme ma masse en une masse molaire multipliée par un volume que je divise toujours par ma masse molaire. Et pour ça donc j'obtiens bien ma quantité de matière. On fait une autre application numérique en faisant bien attention aux unités puisque ici ma masse volumique est en grammes par millilitres. Faites bien attention donc j'ai le droit de mettre mon volume en millilitres même puisque j'ai le droit, je dois. Et on obtient 2,01 mol. Il faut faire pareil maintenant avec N éthanol, la quantité de matière en éthanol. Et bien en fait on fait la même chose. On va utiliser notre volume d'éthanol et nos deux masses volumique et molaire pour obtenir la quantité de matière en éthanol. Donc on a exactement la même formule, on remplace acide par éthanol donc c'est assez cool. On fait l'application numérique et on obtient aussi 2,01 mol. Donc on a égalité de mes deux quantités de matière en réactif donc le mélange est bien équimolaire. Question 9, vérifier que la quantité d'acide contenue dans chaque tube à la date T0 et N0 qui vaut 17,3 millimoles. Alors ce qu'on a fait c'est qu'on avait une solution S, c'est la solution qu'on a préparé au début avec un volume V, une quantité d'acide N acide et une concentration d'acide C acide. C'est juste pour noter tout ça. Et ce qu'on fait c'est qu'on prélève un volume V0 qui vaut 2,0 millilitres pour les mettre dans chacun de mes petits tubes. Donc la solution S0 qui correspond à ce volume V0, elle a un volume V0, une quantité N0, etc. Donc la concentration en acide dans le volume V au début et dans le volume V0 de ma solution S0, donc dans mes petits tubes, c'est la même. On a juste prélevé une solution pour la mettre dans un autre tube. Donc la concentration c'est toujours la même, on n'a plus la même quantité de matière mais la même concentration. Donc j'écris que C acide correspond à ma solution S égale à C0 qui correspond à ma solution S0 qui est dans mon petit tube. Donc N acide sur V vaut N0 sur V, j'ai traduit ce que c'était que ma concentration molaire et j'obtiens N0. Et bien je peux faire mon application numérique et j'obtiens que N0 il vaut 17,3, donc c'est bien 17,3 millimoles. Alors ce qu'on nous dit ensuite c'est qu'après avoir refroidi un tube pour stopper la réaction d'estérification, parce que bien évidemment quand on met notre tube dans le bain-marie, la réaction va se faire, et puis quand on va le sortir et le mettre dans un bain au glace, ça va stopper la réaction, comme on avait dit au début, la température est un facteur cinétique. On va procéder au titrage de l'acide éthanolique restant dans le tube à l'aide de notre solution d'hydroxyde de sodium dont on connaît la concentration et en présence de bleu de thymol. Et première question, expliquez le rôle du bleu de thymol. Quel est-il ? Et bien ce qu'on nous dit, on a dans l'énoncé, on nous dit que la zone de virage du bleu de thymol est entre pH 8 et pH 9,6. Donc si on a ça, ça va faire tilt. Zone de virage, ça veut dire que c'est un indicateur coloré. Il va permettre d'identifier l'équivalence lors du titrage. Il va changer de couleur dans cette zone de virage et donc ça va permettre de plus facilement repérer l'équivalence. Je n'ai pas fini au-dessus, on nous a dit que pour le tube I, le volume de la solution titrante versée à l'équivalence est noté Vb, I. Cette notation on va beaucoup l'utiliser après. Et on nous donne la réaction support du titrage. Donc c'est notre acide éthanolique qui réagit avec notre soude. Question 11, définir l'équivalence pour la réaction support de titrage. Donc celle qu'on a marqué au-dessus. L'équivalence, c'est le moment du titrage où les réactifs ont été apportés en proportion stoichiométrique, ça il faut le dire. Et la réaction du support, c'est donc celle qu'on vient de voir. Et donc ce qu'on peut écrire, c'est que à l'équivalence, ma quantité de matière en acide est égale à la quantité de matière en soude apportée. J'ai défini ce que c'était que l'équivalence pour cette réaction de titrage. Question 12, en déduire que la quantité d'acide restant, NaSi, à la date Ti dans un tube I, est donnée par CbxVbi. Donc les i, ça ne va pas vous poser de problème, c'est juste pour nommer le tube. Donc c'est le tube numéro I. On sait que le tube I est plongé à la date Ti dans un bandeau glacé, donc on stoppe la réaction à la date Ti. Donc ça y est, on va arrêter la réaction. Et après on fait le titrage. Donc la quantité d'acide est déterminée par le titrage, elle va correspondre à NaCi, à la quantité d'acide restante, à la date Ti. Donc à l'équivalence, on n'a que NaCi, il vaut NH-. C'est exactement ce qu'on a écrit juste là. Et donc je remplace ce que veut dire ma quantité de matière en NH-, c'est bien CbxVbi, Vbi étant le volume à l'équivalence pour le tube numéro I. Donc on retrouve bien la bonne formule. Après, attention, les notations continuent d'être un peu compliquées. On note Ni, la quantité d'éthanoate d'éthyl produite dans le tube I. On se souvient que le but de tout ça, c'était quand même de faire de l'éthanoate d'éthyl, un estère. On va chercher à relier cette quantité Ni à la quantité d'acide restante, donc NaCi. Ça c'est tout ce qui n'a pas été consommé lors de ma réaction. On nous demande d'établir le tableau d'avancement de la transformation chimique. Alors, je fais un petit tableau, je réécris ma réaction et je sais qu'à l'état initial, j'avais N0mol d'acide. J'avais aussi N0mol d'alcool et puis je n'avais pas d'eau et pas d'éthanoate. Puis la réaction se passe, à l'état final j'ai Xf, puisque ici on a tout le même nombre stoichiométrique, Xf, Xf. On a N0-Xf mol d'alcool et on a N0-Xf mol d'acide. J'ai fait mon tableau d'avancement. Question 14, montrer que la quantité Ni d'éthanoate d'éthyl présente dans un tube I à la date Ti est donnée par cette relation Ni qui vaut N0-Cb Vbi. Alors, ce qu'on fait c'est qu'on sait que la quantité de matière en acide qui reste c'est Cb x Vbi, ça on l'a dit avant. Et pour la transformation I, l'avancement final Xf, c'est égal à Xf, on le renomme I et ça vaut Ni, puisque c'est la quantité d'éthanoate d'éthyl qui est présente dans le tube I. Donc ça, c'est bien mon Ni. Et donc la quantité finale qui reste en fait c'est N0-XfI, ça c'est tout ce qui reste à la fin, on l'a dit dans le tableau d'avancement. Et ça c'est bien N0-Ni, puisque Ni vaut XfI. Et puis Ni, j'ai juste à remplacer, désolé, Naci, voilà c'est celui-là qu'on connaît, Naci on peut remplacer par sa valeur qu'on a trouvée avant. Et j'obtiens directement Ni qui vaut N0-Cb Vbi. Ce qui est compliqué ici c'est les notations, sinon le fond de la pensée n'est pas si compliqué, faites bien attention aux notations à ne pas vous perdre. On donne ensuite, pour la dernière question de cette vidéo, un tableau qui regroupe les différents résultats expérimentaux. Pour chaque tube, on a le volume à l'équivalence et on a la quantité de matière Ni d'Ester. Et on nous demande de donner la valeur de la quantité de matière N2 manquante dans le tableau. On va réutiliser cette formule et dire que N2 c'est N0-Cb Vb2. On fait notre application numérique et on obtient que N2 il vaut 6,0 x 10-3 mol. Sur ce, c'est la fin de cette vidéo. Dans la vidéo juste après, je vais continuer cet exercice qui est en fait un petit peu long. J'espère que ça a été clair. N'hésitez pas à poser des questions si vous en avez. Et à plus pour la vidéo suivante.

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