Au laboratoire, le technicien récupère le bidon dans lequel les élèves ont versé les solutions utilisées pendant la séance de travaux pratiques. Ce mélange contient de l'eau, des traces d'acide benzoïque et du cyclohexane. Il doit préparer un bidon de solvants organiques pour l'envoyer à une entreprise spécialisée dans le recyclage.

1. Combien de phases ce bidon contient-il ? Quelle est la composition de chacune de ces phases ?

Le technicien verse le mélange dans une ampoule à décanter.

2. Quelle est la position de chacune des phases ?

3. Comment le technicien va-t-il récupérer le solvant organique ? Que contient alors le bidon envoyé à l'entreprise ?

Données

Espèce chimique	Température de fusion \theta_\text{f}	Température d'ébullition \theta_{\text{éb}}	Densité d
Eau	0 °C	100 °C	1,00
Acide benzoïque	122 °C	250 °C	1,27
Cyclohexane	6,5 °C	81 °C	0,78

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Données

L'acide benzoïque est soluble dans l'eau (s = 2,9 g·L^-1 à 20 °C) mais n'est pas soluble dans le cyclohexane.
L'eau et le cyclohexane ne sont pas miscibles.

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Analyse de l'énoncé

1. L'analyse de la solubilité d'une espèce chimique dans les solvants (eau/ cyclohexane) permet de savoir dans quelle phase elle se trouve. Pour savoir combien il y a de phases, il faut analyser la miscibilité des liquides entre eux.

2. La position des phases l'une par rapport à l'autre dépend de leur densité.

3. L'ampoule à décanter permet de récupérer séparément chacune des phases : la plus dense coule en premier, la moins dense est récupérée ensuite.

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Solution rédigée

1. L'acide benzoïque est dissous dans l'eau car il y est très soluble, mais insoluble dans le cyclohexane. Il peut rester des traces d'acide benzoïque à l'état solide (cela dépend de la masse d'acide introduite). Le mélange est constitué de deux liquides : l'eau et le cyclohexane. Ces deux liquides ne sont pas miscibles entre eux : le mélange est donc constitué de deux phases liquides.

2. L'eau (d = 1,00) est plus dense que le cyclohexane (d = 0,78) : la phase aqueuse se trouve sous la phase organique.

3. Le technicien va faire couler la phase aqueuse inférieure, et la placer dans un premier récipient. Ensuite, il va récupérer la deuxième phase qui contient le cyclohexane et la placer dans le bidon de récupération. Le bidon contient donc du cyclohexane.

Schéma d'ampoule à décanter: phases organique (cyclohexane) et aqueuse (eau + acide benzoïque) séparées.

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Pour bien répondre

2. Justifier la réponse en comparant les densités.

3. Un schéma de l'ampoule à décanter n'est pas exigé mais il est bienvenu pour cette explication.

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Mise en application

Comment extraire le butan-1-ol d'un mélange contenant de l'eau (d = 1,00) et du butan-1-ol (d = 0,80) ? On dispose de trois solvants : eau, éther et éthanol.

Données

L'eau et l'éther sont peu miscibles entre eux.
L'eau et l'éthanol sont miscibles en toute proportion.
Solubilité du butan-1-ol : dans l'eau : s = 77 g·L^-1 ; complète dans l'éther et l'éthanol.
Densité de l'éther : d = 0,71.

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Physique-Chimie 1re Spécialité

Séparer des espèces mélangées

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