Un exercice complet de chimie des solutions et de synthèse

L'exercice 1 du bac S 2007 du Liban, noté sur 6,5 points et traité sans calculatrice, part d'une plante, la reine des prés, pour arriver à l'aspirine. Il se découpe en deux parties indépendantes : l'étude de l'acide salicylique en solution aqueuse, avec un titrage pH-métrique, puis la synthèse de l'acide acétylsalicylique. C'est un excellent entraînement pour réviser d'un seul coup les réactions acido-basiques, l'avancement d'une réaction et la chimie organique.

Partie I : l'acide salicylique dans l'eau

Définitions et équation de réaction

On commence par la définition d'un acide au sens de Brönsted, espèce capable de céder un ion hydrogène. L'équation avec l'eau doit être écrite avec les formules semi-développées. Le piège classique consiste à arracher le proton du groupe hydroxyle porté par le cycle : c'est le groupe carboxyle qui est acide et qui devient carboxylate.

Taux d'avancement final et quotient de réaction

À partir du pH de 2,5 et de la concentration de 1,0 × 10^-2 mol/L, le corrigé calcule un taux d'avancement final de 0,3. La conclusion attendue n'est pas seulement « acide faible » : il faut comparer le taux à 1 pour affirmer que la transformation est limitée. Le quotient de réaction à l'équilibre vaut ensuite 1,3 × 10^-3, soit environ 10^-3 comme annoncé. Attention au dénominateur : près d'un tiers de l'acide a réagi, sa concentration à l'équilibre n'est donc pas égale à la concentration apportée. Ce quotient est la constante d'acidité du couple, indépendante des conditions initiales.

Le titrage pH-métrique

La solution pharmaceutique diluée dix fois est titrée par la soude. L'équivalence se lit à l'abscisse du pic de la courbe dérivée : 14,3 mL, avec un pH d'environ 7,8. Ne lisez pas l'ordonnée du pic, qui n'a rien à voir avec le pH. La relation à l'équivalence donne 7,2 × 10^-2 mol/L pour la solution diluée, puis 0,72 mol/L pour le flacon, à condition de ne pas oublier le facteur de dilution. Le corrigé vérifie la cohérence avec l'étiquette. Pour l'indicateur coloré, seul le rouge de crésol, dont la zone de virage contient 7,8, convient : le bleu de bromothymol, choisi par réflexe, est éliminé.

Partie II : de l'acide salicylique à l'aspirine

La molécule d'aspirine porte un groupe carboxyle et un groupe ester ; le piège est de voir un acide dans le groupe lié au cycle par un atome d'oxygène. La synthèse par l'acide éthanoïque est une estérification, lente, limitée et athermique. Les ions oxonium jouent le rôle de catalyseur : ils accélèrent la réaction sans changer l'état final, et donc sans améliorer le rendement. Un réactif en excès, au contraire, augmente le taux d'avancement final. Enfin, remplacer l'acide par l'anhydride éthanoïque rend la réaction totale et rapide ; le second produit est alors l'acide éthanoïque, et non l'eau.

Nos conseils

Rédigez chaque conclusion en comparant à une valeur de référence, gardez les puissances de dix sous forme écrite pour calculer sans machine et relisez les équations de chimie organique atome par atome. Les encarts du corrigé signalent les erreurs les plus fréquentes question par question.