Exercice corrigé Ancien programme

Fabrication et propriétés d'un savon

La fabrication du savon est l'une des plus anciennes utilisations des corps gras. Jusqu'au milieu du xxe siècle, elle se réalisait dans des chaudrons, en milieu aqueux. L'opération était longue et fastidieuse. En travaux pratiques, on la réalise plus rapidement, en solution alcoolique, selon les mêmes étapes.

Étape 1. On chauffe pendant trente minutes un mélange de :

  •   d'huile de soja (essentiellement constituée d'oléine) 
  •   d'hydroxyde de sodium (soude) 
  •  2 mL d'éthanol 
  •  quelques grains de pierre ponce.

Étape 2. On laisse refroidir le mélange quelques minutes puis on le transvase dans un bécher contenant une solution aqueuse concentrée de chlorure de sodium.

Étape 3. Le précipité obtenu est filtré, rincé à l'eau salée, séché puis pesé. La masse expérimentale obtenue est .

Données.

  •  Formule de l'oléine :

Réactif

oléine

hydroxyde de sodium (soude)

savon

Solubilité dans l'eau

insoluble

soluble

soluble

Solubilité dans l'éthanol

soluble

soluble

 

Solubilité dans l'eau salée

insoluble

soluble

peu soluble

Masse molaire moléculaire

884

40

304

1. À propos du mode opératoire

a. Préciser le nom de l'opération réalisée aux étapes 1 et 3.

b. Justifier, en vous aidant du tableau des solubilités, l'emploi de l'eau salée dans l'étape 2.

c. Nommer les éléments (a), (b) et (c), du montage utilisé dans l'étape 1.

Quel est le rôle de l'élément (a) ?

d. Quel est le rôle de la pierre ponce ?

e. Pourquoi opère-t-on à chaud ?

2. Étude quantitative

a. Écrire l'équation de la réaction modélisant la transformation qui a lieu dans l'étape 1 en utilisant les formules semi-développées. Nommer les produits obtenus (produits 1 et 2).

b. Compléter le tableau d'avancement ci-après.

En déduire le réactif limitant.

 

Oléine

Soude

Produit 1

Produit 2

Quantité de matière dans l'état initial (en mol)

       

Quantité de matière en cours de transformation (en mol)

       

Quantité de matière dans l'état final (en mol)

       

c. Définir puis calculer le rendement de cette transformation.

1. a. L'étape 1 est un chauffage à reflux (reconnaissable au réfrigérant mis en position verticale) alors que l'étape 3 est une filtration sous vide (filtration sous Büchner).

b. Le but de cette synthèse est la fabrication du savon. Or, d'après le tableau de données, le savon est moins soluble dans l'eau salée que dans l'eau. En utilisant de l'eau salée, on diminue la solubilité du savon dans la solution, il va par conséquent « sortir » de ce solvant : il va précipiter.

Il s'agit du relargage.

c. (a) est un réfrigérant 

(b) est un ballon 

(c) est un chauffe-ballon.

Le réfrigérant sert à renvoyer les vapeurs dans le mélange réactionnel. Son but est donc de permettre un chauffage sans perte de réactif ou de produit et sans élévation de pression.

d. La pierre ponce permet de réguler la température et d'homogénéiser le mélange réactionnel.

e. Le chauffage permet ici d'accélérer la réaction : la réaction sera terminée plus rapidement.

2. a. Équation de la réaction :

est un ion carboxylate et la deuxième molécule est du glycérol, de nom officiel propan-1,2,3-triol.

b. tableau complété :

 

Oléine

Ion hydroxyde

Produit 1

Produit 2

Quantité de matière dans l'état initial (en mol)

0

0

Quantité de matière en cours de transformation (en mol)

3x

x

Quantité de matière dans l'état final (en mol)

0

Attention ! Ne pas tronquer à 1,7 dans les calculs ultérieurs !

Il faut prendre au moins1,66667 pour ne pas faire d'approximations successives.

D'après les nombres stœchiométriques et les quantités initiales, on trouve que (car ). Le réactif limitant est donc la soude.

c. Le rendement de cette transformation est donc la masse de savon obtenue divisée par la masse de savon attendue avec une réaction totale.

Ici la réaction totale et sans aucune perte nous permettrait d'obtenir de savon (voir question b.).

La masse correspondante est donc :

.

Le savon solide est l'association d'un ion carboxylate et d'un ion Na+ ou K+ (d'où la masse molaire de ). C'est le seul solide formé ici.

Or, on a pesé, après séchage (pour éviter de peser aussi du solvant), une masse de savon mexp = 10,5 g.

Le rendement est donc .

On aurait pu ici faire l'inverse : déterminer la quantité de savon pesé et la comparer à la quantité de savon donnée par le tableau d'avancement.

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