Préparation de TP extraction

[Aselus]

Tout d'abord bonjour à vous tous,

Je viens faire appel à votre aide car je me retrouve face à un problème sur un sujet concernant la préparation de TP sur l'extraction (ici extraction de l'acide benzoïque et du fluorénone 9).
Ma préparation consiste à répondre à quelques questions et à remplir un tableau concernant mes deux molécules à extraire, jusqu'à là rien de bien difficile si ce n'est la dernière question qui me bloque.

Une question préalable me demandait de décrire mon opération afin d'obtenir 100mL d'une solution aqueuse de carbonate de sodium (Na2CO3) à 10% de masse:
Pour se faire, mon Na2CO3 ayant une masse volumique d'environ 2.50 g/ml, j'ai pris 4 ml de ma solution soit 10g que j'ai mis avec 96 Ml d'eau, j'obtiens ainsi 10g de Na2CO3, dans 106g de solution total soit environ 10% de ma masse total. Avec au final 100mL de solution

Mais le problème se trouve dans la suite de ma préparation, où il m'est demandé de calculer un volume afin de déprotoné 2g de mon acide benzoïque.

Et là je me retrouve pantois. Je suppose que le volume demandé est le volume correspondant à ma solution aqueuse avec 10% de masse de Na2Co3 et qu'avec le volume cette solution je dois obtenir un pH final dans mon mélange égal a 7.2 (le pka de l'acide benzoïque étant de 4.2, j'ajoute 3 à 4.2 afin d'obtenir le pH où mon acide se retrouvera sous la forme déprotoné). Mais je n'ai malheureusement aucune idée pour obtenir cette modification de pH via mon Na2Co3. Dois-je calculer le pH de ma solution à 10% et trouver grâce à cela le volume dont j'aurais besoin ? Je ne sais que trop quoi faire et c'est pour cela que je viens vous voir afin d'acquérir votre aide.

En vous remerciant par avance
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[Kemiste]

Bonjour,

Une question préalable me demandait de décrire mon opération afin d'obtenir 100mL d'une solution aqueuse de carbonate de sodium (Na2CO3) à 10% de masse:
Pour se faire, mon Na2CO3 ayant une masse volumique d'environ 2.50 g/ml, j'ai pris 4 ml de ma solution soit 10g que j'ai mis avec 96 Ml d'eau, j'obtiens ainsi 10g de Na2CO3, dans 106g de solution total soit environ 10% de ma masse total. Avec au final 100mL de solution

Na₂CO₃ est un solide. La masse volumique que tu donnes est celle du solide et non d'un liquide. Pour préparer une solution à 10 % il faut peser Na₂CO₃. Attention également, une solution où il y a 10 g de soluté pour 106 g de solution n'est pas une solution à 10% mais à 9.4%.


Mais le problème se trouve dans la suite de ma préparation, où il m'est demandé de calculer un volume afin de déprotoné 2g de mon acide benzoïque.

Et là je me retrouve pantois. Je suppose que le volume demandé est le volume correspondant à ma solution aqueuse avec 10% de masse de Na2Co3 et qu'avec le volume cette solution je dois obtenir un pH final dans mon mélange égal a 7.2 (le pka de l'acide benzoïque étant de 4.2, j'ajoute 3 à 4.2 afin d'obtenir le pH où mon acide se retrouvera sous la forme déprotoné). Mais je n'ai malheureusement aucune idée pour obtenir cette modification de pH via mon Na2Co3. Dois-je calculer le pH de ma solution à 10% et trouver grâce à cela le volume dont j'aurais besoin ? Je ne sais que trop quoi faire et c'est pour cela que je viens vous voir afin d'acquérir votre aide.

Pourquoi ajouter "3" pour obtenir le pH final ?

Ici il n'est pas question de pH mais de quantité de matière. Il faut que tu calcules la quantité de matière de Na₂CO₃ nécessaire pour déprotoner 2 g d'acide benzoïque. Tu peux faire un tableau d'avancement pour t'aider. Comme tu connais la concentration de la solution de Na₂CO₃ tu peux calculer le volume correspondant à la quantité de matière que tu as déterminé précédemment.

[Aselus]

Tout d'abord merci pour la vitesse de votre réponse.

Pour la masse volumique du Na₂CO₃ j'ai quelque mal à comprendre votre réponse. J'ai pu voir sur le web plusieurs "réponses" qui pouvaient être faites, certaines parlant de masse volumique et d'autre disant simplement d'ajouter 10g de mon Na₂CO₃ et d'ajouter de l'eau afin de remplir jusqu'à obtenir un total de 100mL. Mais je me suis dit que 1g de Na₂CO₃ ne faisant pas 1mL, je n'obtiendrais pas 10% de masse sur ma solution final.


Pour la seconde partie mon ajout de 3 vient fait que j'ai cru comprendre que pour obtenir la forme ionique de ma molécule il suffisait de modifier mes conditions expérimentales (ici mon pH), et que pour passer d'une forme neutre à une forme ionique il me fallait augmenter mon Pka de 3 afin d'obtenir le pH dans lequel ma molécule se trouve sous forme protoner. Mais je dois surement me tromper. Votre solution du tableau d'avancement me semblant effectivement plus sensé. Mais dans ce cas malheureusement, si mon premier calcul concernant mon Na₂CO₃ est faux je ne pourrais pas avoir mon tableau d'avancement correct.

En vous remerciant de nouveau pour votre réponse

[Kemiste]

Pour la masse volumique du Na₂CO₃ j'ai quelque mal à comprendre votre réponse. J'ai pu voir sur le web plusieurs "réponses" qui pouvaient être faites, certaines parlant de masse volumique et d'autre disant simplement d'ajouter 10g de mon Na₂CO₃ et d'ajouter de l'eau afin de remplir jusqu'à obtenir un total de 100mL. Mais je me suis dit que 1g de Na₂CO₃ ne faisant pas 1mL, je n'obtiendrais pas 10% de masse sur ma solution final.

Comme je l'ai dit précédemment, Na₂CO₃ n'est pas un liquide, c'est un solide. Il n'est donc pas question ici de volume mais de masse.

Pour la seconde partie mon ajout de 3 vient fait que j'ai cru comprendre que pour obtenir la forme ionique de ma molécule il suffisait de modifier mes conditions expérimentales (ici mon pH), et que pour passer d'une forme neutre à une forme ionique il me fallait augmenter mon Pka de 3 afin d'obtenir le pH dans lequel ma molécule se trouve sous forme protoner. Mais je dois surement me tromper.

J'imagine que tu parles des diagrammes de prédominance. Il faut en effet un pH minimale pour que l'acide benzoïque soit totalement sous forme déprotonée. Ce n'est qu'une estimation, rien n'indique qu'après réaction le pH soit exactement à cette valeur.

Votre solution du tableau d'avancement me semblant effectivement plus sensé. Mais dans ce cas malheureusement, si mon premier calcul concernant mon Na₂CO₃ est faux je ne pourrais pas avoir mon tableau d'avancement correct.

Même si le premier calculs est faux tu peux calculer la quantité de matière nécessaire pour déprotoner 2 g d'acide benzoïque. Ces calculs sont indépendants.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Aselus]

Comme je l'ai dit précédemment, Na₂CO₃ n'est pas un liquide, c'est un solide. Il n'est donc pas question ici de volume mais de masse.

Soit mais je n'arrive pas à comprendre une chose. Si je dois effectivement mettre 10g de Na₂CO₃ puis remplir le reste avec de l'eau pour atteindre 100mL, mais là se trouve mon problème, car si je doit rajouter 96mL pour tout remplir au final je me retrouve avec une masse différente de 100g et donc mes 10% de masse se trouverait faux non ? (Navré pour mon incompréhension mais je me retrouve dans 2nd année d'une filière comportant des TP alors que mes derniers TP remontent au lycée)

Même si le premier calculs est faux tu peux calculer la quantité de matière nécessaire pour déprotoner 2 g d'acide benzoïque. Ces calculs sont indépendants.

Si je ne me trompe pas mon tableau d'avancement serait pour mon équation de réaction:

2PhenylCOOH + Na₂CO₃ -----> 2PhenylCOOHNa + H₂O + CO₂

Ainsi j'aurais besoin de mon nombre de mol dans mes 2 grammes de PhenylCOOH (ici 1.64.10^-2 Mole sauf erreur de ma part), donc mon avancement φ serait égal à la moitié de 1.64.10^-2 soit 8.2.10^-3, il me faudra ainsi au moins 8.2.10^-3 Mole de Na₂CO₃, mais ma question concerne mon volume que je doit mettre ainsi j'ai donc besoin de ma concentration molaire de ma première solution de Na₂CO₃ et après diviser mes moles par ma concentration en Mol/L afin d'obtenir un volume nécessaire pour avoir mon nombre de moles souhaitées.

Et je tiens de nouveau à vous remercier pour le temps que vous m'accordez.