Fabriquer puis titrer l'aspirine : estérification, rendement et titrage indirect

Cet exercice de chimie de 6 points du Bac S 2004 Inde (Pondichéry) suit une démarche complète de laboratoire. Il commence par l'étude d'une estérification limitée, se poursuit par la synthèse de l'aspirine à partir de l'acide salicylique et de l'anhydride éthanoïque, puis se termine par un titrage indirect qui permet de contrôler la masse d'aspirine. Comptez environ 1 h 18 pour le traiter dans les conditions de l'épreuve.

Partie 1 : estérification et tableau d'avancement

L'équation s'écrit R–COOH + R'–CH2OH = R–COO–CH2–R' + H2O. Le signe égal rappelle que la transformation est limitée : l'hydrolyse de l'ester se produit en même temps. Le mélange initial contient 0,20 mol d'acide et 0,20 mol d'alcool : il est stœchiométrique, donc l'avancement maximal vaut x_max = 0,20 mol. L'expérience donne x_éq = 0,13 mol, d'où un rendement ρ = 0,13 / 0,20 = 65 %. Le piège principal est de confondre x_max, valeur théorique d'une réaction supposée totale, et x_éq, valeur réellement atteinte. Dans le tableau, il reste 0,07 mol d'acide et d'alcool à l'équilibre.

Partie 2 : synthèse de l'aspirine

L'anhydride A se déduit de l'équation : le second produit est l'acide éthanoïque, donc A est l'anhydride éthanoïque CH3–CO–O–CO–CH3, de masse molaire 102 g/mol, ce qui recoupe les données. Le montage de chauffage à reflux doit être légendé de bas en haut : support élévateur, chauffage, récipient, réfrigérant à eau ouvert en haut, avec l'eau qui entre par le bas. Boucher le réfrigérant ou inverser l'entrée et la sortie d'eau sont des erreurs pénalisées. Pour le réactif limitant, il faut comparer des quantités de matière : 5,00 g d'acide salicylique donnent 3,62 × 10^-2 mol, et les 7,0 mL d'anhydride, avec une densité de 1,08, donnent 7,4 × 10^-2 mol. L'acide salicylique est donc limitant. La masse maximale d'aspirine vaut 6,52 g, et les 4,20 g obtenus correspondent à un rendement de 64,4 %. Avec un anhydride la réaction est totale : l'écart vient des pertes lors des filtrations et de la recristallisation.

Partie 3 : titrage indirect de l'aspirine

On hydrolyse 1,00 g d'aspirine par un excès de soude, n₀ = 2,00 × 10^-2 mol d'ions HO^-, puis on titre l'excès par l'acide chlorhydrique après dilution dans une fiole de 250 mL. L'équation de titrage est H3O⁺ + HO^- → 2 H2O. Avec un volume équivalent de 7,4 mL, on trouve n₁ = 3,7 × 10^-4 mol dans le prélèvement de 10,0 mL, donc n₂ = 25 × n₁ = 9,25 × 10^-3 mol dans toute la solution. Oublier ce facteur 25 est l'erreur la plus fréquente. Une mole d'aspirine consomme deux moles d'ions hydroxyde, une pour la fonction ester et une pour le groupe carboxyle : n_asp = (n₀ − n₂) / 2 = 5,4 × 10^-3 mol, soit 0,97 g. L'écart de 3 % avec la masse pesée s'explique par une pureté imparfaite du produit et par les incertitudes de mesure.

Conseils pour réussir

Travaillez toujours en quantités de matière, passez par la masse volumique pour un liquide et gardez les valeurs non arrondies jusqu'au résultat final. Dans un titrage indirect, écrivez clairement la relation quantité introduite moins quantité restante avant de revenir à l'espèce cherchée par la stœchiométrie.