Structure et transformation de la matière
Corrigé
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Comprendre
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Sujet inédit
Exercice • 6,5 points
Les huiles essentielles sont connues et utilisées depuis le début de l'humanité. Elles ont des effets bénéfiques sur le corps et entrent dans la composition de nombreux parfums, laits pour le corps, gels douche…
Ce sont des substances odorantes volatiles contenues dans les végétaux. Elles peuvent être produites aussi bien par les fleurs, les feuilles, les fruits que par les écorces, les graines ou les racines. Elles sont extraites des végétaux par différentes techniques dont l'entraînement à la vapeur d'eau.
L'huile essentielle d'ylang-ylang (signifiant « fleurs des fleurs ») dont le nom INCI (International Nomenclature of Cosmetic Ingredients) est Cananga odorata a des propriétés antiseptiques, hydratantes et odorantes (florale, boisée et balsamique).
Cette huile est obtenue à partir des fleurs de l'ylang-ylang, arbre aromatique poussant en zone tropicale humide. Les Comores sont les premiers producteurs d'ylang-ylang au monde mais la demande est en baisse par suite de l'utilisation des parfums de synthèse.
Parmi les composants de l'huile essentielle d'ylang-ylang, on trouve le géraniol et l'éthanoate de géranyle.
Données
Masses molaire atomiques : M(H)
Aide au calcul : 13 × 196
Afin de préparer l'éthanoate de géranyle (composé E), on introduit
Après traitement, on isole une masse mE du composé E.
1. Étude préliminaire et protocole

2. Titrage de l'acide carboxylique restant
lorsque la réaction de synthèse est terminée
L'acide carboxylique en solution aqueuse sera noté AH(aq), son couple acide-base associé AH(aq)/A−(aq).
Données
Couples acide/base de l'eau : H3O+(aq)/H2O(l) H2O(l)/HO−(aq).
1 Propriétés acido-basiques de l'acide AH
en solution aqueuse
Dès que la réaction de synthèse de l'éthanoate de géranyle (E) est terminée, c'est-à-dire lorsque les quantités de matière des réactifs et des produits n'évoluent plus, on titre l'acide carboxylique AH restant dans le mélange réactionnel avec une solution d'hydroxyde de sodium. (0,25 point)
2 Titrage de l'acide
La solution d'hydroxyde de sodium (ou soude) (Na+(aq)
La réaction de ce titrage est AH(aq)

3. Rendement de la synthèse de l'éthanoate de géranyle (E)
À votre avis, « augmenter la quantité d'acide sulfurique utilisée » peut-il être efficace ? Justifier votre réponse. (0,25 point)
Notions et compétences en jeu
Connaître le titrage • Écrire des formules semi-développées • Propriétés des acides.
Les conseils du correcteur
1. Étude préliminaire et protocole
Attention
L'atome de carbone portant l'atome d'oxygène ne fait pas partie du groupe hydroxyle il ne faut donc pas l'entourer.
1 Reconnaître les groupes caractéristiques organiques
Notez bien
Sur les formules topologiques, chaque angle de chaîne carbonée représente un atome de carbone, tout comme les extrémités des chaînes.
2 Nomenclature des acides carboxyliques
Le nom de l'ester formé à partir d'un acide carboxylique commence toujours par la partie se référant à cet acide. Ici, l'éthanoate de géranyle indique que de l'acide éthanoïque participait à la réaction.
3 Reconnaître les groupes caractéristiques organiques
D'après son nom, l'acide éthanoïque possède deux atomes de carbone et une chaîne carbonée non ramifiée. Il s'agit donc de CH3COOH.
L'équation de la réaction est alors :
CH3COOH
4 Rôle du chauffage à reflux
Notez bien
L'intérêt du chauffage est d'accélérer une réaction chimique. En effet, la température est un facteur cinétique : l'augmenter a toujours pour conséquence d'augmenter la vitesse des réactions chimiques.
Le chauffage à reflux permet un chauffage sans perte de matière puisqu'il renvoie toutes les vapeurs causées par le chauffage dans le mélange réactionnel.
Il permet ici d'accélérer la réaction d'estérification qui est une réaction lente.
5 Schéma et légende du montage à reflux

6 Rôle de l'acide sulfurique
L'acide sulfurique apporte ici des ions H+ qui sont des catalyseurs de la réaction. Donc l'acide sulfurique sert de catalyseur dans la synthèse de l'ester : il accélère cette réaction.
2. Titrage de l'acide carboxylique restant
lorsque la réaction de synthèse est terminée
L'acide carboxylique en solution aqueuse sera noté AH(aq), son couple acide-base associé AH(aq)/A–(aq).
1 1. Écrire la réaction d'un acide avec l'eau
AH(aq)
2. Écrire la constante d'acidité d'un couple acido-basique
3. Expression du pKA d'un couple acido-basique
Par définition : pKA
4. Tracer le diagramme de prédominance

5. Prévoir l'espèce prédominante à partir du pH
Info
Lorsque le pH est égal à pKA
D'après le diagramme ci-dessus on peut déduire qu'à un pH de 5,9 c'est la forme basique qui prédomine (car pH
2 1. Déterminer graphiquement le volume équivalent
Notez bien
Une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium, appelée soude, est une base forte, donc les molécules de NaOH sont totalement dissociées et on n'a pas NaOH mais Na+ et OH− c'est OH− le réactif.

On utilise la méthode des tangentes : on trace les tangentes à la courbe du pH en fonction du volume titrant versé aux deux points de virage de façon à avoir un angle d'environ 45° avec l'horizontale.
On trace la droite des milieux et l'intersection de cette droite avec la courbe nous donne le point équivalent dont l'abscisse est le volume équivalent :
2. Déduire la quantité de matière dans un titrage
À l'équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques donc on a :
nAHt
3. Rendement de la synthèse
de l'éthanoate de géranyle (E)
Attention
Pour un entraînement efficace, cet exercice doit être effectué sans calculatrice.
1 Calcul d'une quantité de matière initiale
2 Définition des conditions stœchiométriques
nAH0
3 Calcul de xmax et remplissage du tableau d'avancement
Attention
Ici, l'eau n'est pas le solvant, donc il ne faut pas mettre « en excès » ou « solvant » dans le tableau d'avancement.
D'après la question
nB0 – xmax
donc xmax
4 Calcul d'un avancement intermédiaire
xf est un avancement intermédiaire entre 0 et xmax, état atteint au moment du titrage. Or, à cet instant, n(AH)
D'après le tableau d'avancement n(AH)
On déduit xf
5 Calcul de la quantité de produit formée
Toujours d'après le tableau d'avancement, si x
6 Calculer un rendement
7 Propriété d'un catalyseur
L'acide sulfurique est un catalyseur sa quantité n'influe pas sur la quantité de produit formée, uniquement sur la vitesse de la réaction.
L'usage de la calculatrice n'est pas autorisé.