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Problème 2

L'analyse quantitative du carbone et de l'hydrogène était réalisée à l'origine par la technique mise au point en 1831 par Justus Liebig : un échantillon pesé de composé organique est vaporisé et entraîné par l'oxygène à travers de l'oxyde de cuivre(II) chauffé, ce qui assure l'oxydation quantitative de C en COX2\ce{CO2} et de H en HX2O\ce{H2O} ; l'eau est absorbée dans un tube pesé de perchlorate de magnésium et le dioxyde de carbone dans un tube pesé d'hydroxyde de sodium sur amiante. Un échantillon liquide pur ne contenant que C, H et O est placé dans une nacelle de platine de 0,57148 g ; la nacelle avec échantillon pèse 0,61227 g. Après combustion, la masse du tube absorbant l'eau passe de 6,47002 g à 6,50359 g et celle du tube à COX2\ce{CO2} de 5,46311 g à 5,54466 g. 2.1 Calculer la composition massique en pourcentage du composé. 2.2 Donner la formule empirique. 2.3 Pour estimer la masse molaire, 1,0045 g du composé a été gazéifié ; le volume, mesuré à 350 K et 35,0 kPa, est de 0,95 dm3^3. Donner la masse molaire et la formule moléculaire. 2.4 Le composé chauffé avec une solution d'hydroxyde de sodium donne deux produits. La distillation fractionnée fournit l'un d'eux ; l'autre, purifié après acidification, est un acide. À quelle famille fonctionnelle le composé peut-il appartenir ? 2.5 On titre 0,1005 g de l'acide obtenu par NaOH 0,1000 mol dm−3^{-3} ; l'indicateur change de couleur à 16,75 cm3^3. Identifier le composé initial.
Étape 1 sur 5 : Composition massique
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Intuition

Chaque gramme de COX2\ce{CO2} recueilli contient 12/44 de carbone ; chaque gramme de HX2O\ce{H2O} contient 2/18 d'hydrogène.

m(C)=0.08155×12.044.0=0.02224 g;m(H)=0.03357×2.0218.02=3.76×10−3 g;%C=54.56, %H=9.21, %O=36.23m(\mathrm C) = 0.08155 \times \tfrac{12.0}{44.0} = 0.02224\ \text{g};\quad m(\mathrm H) = 0.03357 \times \tfrac{2.02}{18.02} = 3.76\times 10^{-3}\ \text{g};\quad \%\mathrm C = 54.56,\ \%\mathrm H = 9.21,\ \%\mathrm O = 36.23
Analyse

Masse de l'échantillon =0.61227−0.57148=0.04079= 0.61227 - 0.57148 = 0.04079 g. D'après les gains m(COX2)=0.08155m(\ce{CO2}) = 0.08155 g et m(HX2O)=0.03357m(\ce{H2O}) = 0.03357 g : le carbone vaut 0.08155×12/44=0.022240.08155 \times 12/44 = 0.02224 g (54,6 %) et l'hydrogène 0.03357×2.02/18.02=3.76×10−30.03357 \times 2.02/18.02 = 3.76\times 10^{-3} g (9,2 %) ; l'oxygène s'obtient par différence, 0.04079−0.02600=0.014790.04079 - 0.02600 = 0.01479 g (36,2 %).

Erreur fréquente. Ne jamais lire l'oxygène sur les tubes d'absorption — le COX2\ce{CO2} et le HX2O\ce{H2O} piégés contiennent de l'oxygène provenant du courant de combustion ; O doit provenir de la différence de masse.