Révision TS – Spécialité

Exercices Chimie

étude d'un médicament (France 2003)

Le fer est un élément vital ...et toxique pour la santé. Il intervient dans de nombreuses réactions biochimiques et permet, notamment, le transport de l'oxygène par l'hémoglobine des globules rouges.

Cet exercice concerne l'étude d'un médicament qui contient l'élément fer sous forme d'ions fer (II). Il se présente sous forme de comprimés, dont l'enrobage contient un colorant alimentaire (code E 127) de couleur rose. La notice de ce médicament mentionne la composition quantitative d'un comprimé : "sulfate ferreux sesquihydraté : 256,30 mg soit 80mg en ions Fe2+".

Nous proposons de vérifier la teneur en élément fer dans ce comprimé.

Principe

On effectue un dosage spectrophotométrique des ions Fe2+ contenus dans un comprimé dissous dans l'eau.En présence d'o-phénanthroline, les ions Fe2+ réagissent avec apparition d'une coloration rouge. La concentration des ions Fe2+ de cette solution peut alors être déterminée par la mesure de son absorbance à une certaine longueur d'onde (ici 500 nm). Il faut préalablement réaliser une échelle de teintes.
Les ions sont facilement oxydés à l'état d'ions fer (III) : Fe3+ . Afin d'éviter cette oxydation, on ajoute, dans la solution d'ions Fe2+, un réducteur approprié en excès, l'hydroquinone. L'hydroquinone restante n'absorbe pas à la longueur d'onde de 500 nm et la forme oxydée de l'hydroquinone non plus.

Ecrire la demi-équation de réduction de l'ion Fe3+ en ion Fe2+.

A partir d'une solution S contenant 20,0 mg d'ions Fe2+.par litre (soit une concentration massique t = 20,0 10 -3 g.L-1), on réalise les mélanges présentés dans le tableau, on les complète à 50,0 mL avec de l'eau distillée puis on mesure l'absorbance A de chaque solution obtenue. Préparation de l'échelle des teintes :

mélange n°	1	2	3	4	5	6
volume solution S(mL)	25	22,5	20	17,5	15	12,5
volume solution d'o-phénantroline (mL)	2	2	2	2	2	2
volume d'hydroquinone	1	1	1	1	1	1
volume total (mL)	50	50	50	50	50	50
absorbance	1,8	1,6	1,45	1,25	1,05	0,9

Pour réaliser les différents mélanges, on dispose : d'une solution d'o-phénanthroline à 0,015 mol.L-1 ; d'une solution d'hydroquinone à 1% ; de la verrerie suivante : - pipettes jaugées de 1,00 et 2,0 mL ; - burette graduée de 25,0 mL ; - éprouvettes graduées de 25 et 50 mL ; - bechers de 25 ; 50 et 100 mL ; - fioles jaugées de 50,0 et 100,0 mL.

Indiquer la verrerie qu'il faut utiliser pour préparer le mélange n°1.

Calculer la concentration massique t1 en ion introduit dans le mélange n°1.

On veut disposer d'une échelle de teintes indicatrice de la concentration en ions Fe2+ de chaque mélange. Pourquoi la solution incolore d'o-phénanthroline ne doit elle pas être introduite en défaut ?

Le graphe donnant l'évolution de l'absorbance A en fonction de la concentration massique t en ions est représentée sur la figure 1. En exploitant ce graphe, donner la relation numérique qui existe entre les grandeurs A et t, en précisant les unités.

Détermination expérimentale de la teneur en élément fer :

On lave rapidement à l'eau distillée un comprimé de façon à retirer la totalité du colorant. On écrase ensuite ce comprimé dans un mortier. La totalité du comprimé écrasé est introduite dans une fiole jaugée de 1 000,0 mL. On complète avec de l'eau distillée et on agite longuement la solution. Soit S0 la solution incolore obtenue. On réalise ensuite le mélange suivant puis on mesure son absorbance A à 500 nm :

volume de solution S0 (en mL)	5
volume de solution d'o-phénanthroline (en mL)	2
volume d'hydroquinone (en mL)	1
volume total (en mL)	50
absorbance	1,35

Figure 1 Pourquoi retire-t-on la totalité du colorant avant d'écraser le comprimé ?

En utilisant le graphe ou la relation établie à la question 2.4., déterminer la concentration massique t'0 en ion Fe2+ dans le mélange. En déduire la valeur t0 de la concentration massique en ion dans la solution S0.

Calculer la masse d'ions Fe2+ contenue dans un comprimé. Calculer l'écart relatif entre le résultat expérimental et l'indication du fabricant. On précise que l'écart relatif = |valeur indiquée - valeur expérimentale|/ valeur indiquée.

D'après la notice, la masse de "sulfate ferreux sesquihydraté" dans un comprimé est de 256,30 mg alors que la masse d'ions Fe2+ est de 80 mg. En notant FeSO4, xH2O la formule du sulfate ferreux sesquihydraté, montrer que x = 1,5.

Données : masse molaire en g.mol-1 : M(Fe) = 55,8 ; M(S) = 32,1 ;M(0)= 16,0 ; M(H) = 1,0

Dosage de l'étain dans un fer blanc (Polynésie 2003)

Le fer blanc est un produit laminé plat recouvert d'une fine couche d'étain. Le but de cet exercice est de déterminer la masse d'étain présente sur une plaque de fer blanc découpée sur une boîte de conserve. La plaque est constituée de fer (Fe) recouverte d'une fine couche d'étain (Sn).

Electrolyse :

La première partie du dosage consiste à réaliser une électrolyse dans un bain d'acide chlorhydrique. la plaque de fer blanc est suspendue à une électrode de platine. On plonge l'ensemble, ainsi que deux électrodes de graphite (afin que l'attaque du fer blanc puisse se faire des deux côtés) dans un bécher rempli d'acide chlorhydrique.

Au niveau des électrodes de graphite on constate l'apparition d'un gaz ; la réduction qui se produit est : 2H+ + 2e- =H2(g).

Au niveau de la plaque de fer blanc se produisent successivement les oxydations : Sn = Sn2+ + 2e- ; puis lorsque tout l'étain est attaqué : Fe = Fe2+ + 2e-.

Pour caractériser l'apparition des ions Fe2+, on ajoute quelques cristaux d'orthophénantroline, composé formant un complexe rouge avec les ions Fe2+. On arrête l'électrolyse dès l'apparition de la coloration rouge.

La plaque de fer blanc constitue-t-elle l'anode ou la cathode pour cette électrolyse ? Justifier. Quelle est la borne du générateur reliée au fer blanc ?

Pourquoi arrête-t-on l'électrolyse dès l'apparition de la coloration rouge ?

Quelle est la relation entre la quantité de matière d'étain nSn sur la plaque de fer blanc et nSn2+ , quantité de matière d'ion étain formé lors de cette électrolyse ?

Dosage direct de l'étain électrolysé :

couples redox Sn4+ / Sn2+ ; I2 / I- ; S4O62- / S2O32- ; MSn = 118,7 g/mol.

étape 1 : on sort les électrodes et la plaque de fer du bécher contenant l'acide, on les rince à l'eau distillée en récupérant l'eau de rinçage dans ce bécher. On ajoute peu à peu un volume V= 10 mL d'une solution jaune-orangée de diiode I2 de concentration c = 0,01 mol/L. Au début la coloration jaune-orangée disparaît au contact de la solution d'ion Sn2+. A la fin de l'ajout des 10 mL le mélange conserve la coloration jaune-orangée: I2 a été introduit en excès. La transformation est modélisée par la réaction suivante : I2 + Sn2+ = 2I- + Sn4+ (1).

étape 2 : afin de doser l'excès de diiode on ajoute progressivement dans le bécher, à l'aide d'une burette une solution aqueuse de thiosulfate de sodium ( 2Na+ + S2O32- ) de concentration c' = 5 10-3 mol/L. Quand la coloration commence à pâlir dans le bécher, on ajoute quelques gouttes d'empois d'amidon ; la solution devient violette, car l'empois d'amidon sert à mettre en évidence I2, même en faible quantité. On continue à verser la solution de thiosulfate de sodium. Lorsque la coloration violette disparaît on a versé V'=9,7 mL de solution de thiosulfate de sodium.

Ecrire les demi-équations électroniques correspondant aux couples mis en jeu au cours de la transformation (1)

Calculer la quantité de diiode introduite dans le bécher au début de l'expérience.

Le dosage du diiode par l'ion thiosulfate étant modélisée par : 2S2O32- + I2 = S4O62- + 2I- (2), calculer la quantité de matière de diiode ayant réagi avec les ions thiosulfate S2O32-.

En déduire la quantité de matière nSn2+ d'ion étain II présente dans le bécher après électrolyse.

Déduire la quantité de matière d'étain nSn sur la plaque de fer blanc puis la masse d'étain correspondante.

Le paracétamol

OH NH C O CH3 A + B + CH3COOH Le paracétamol est un antipyrétique et un analgésique souvent proposé à la place de l'aspirine. Le paracétamol est « l'acétylparaaminophénol ». La synthèse de ce médicament peut se faire à partir de l'anhydride acétique (A) et du paraaminophénol (B) selon l'équation suivante :

On prescrit du paracétamol dans le traitement de la douleur et/ou de la fièvre. Associer à chaque traitement le mot qui convient : « antipyrétique » ou « analgésique ».

En nomenclature, le groupe R-CO-, dérivé d'un acide carboxylique, est nommé en supprimant le terme « acide » et en remplaçant le suffixe « ique » par « yle ». Ecrire le groupe acétyle.

Lorsqu'on numérote de 1 à 6, les atomes de carbone d'un cycle hexagonal, les groupes d'atomes placés en position 1 et 4 sont dits en position para. Justifier alors le nom « acétylparaaminophénol ».

Ecrire la formule du composé A, puis en déduire la formule du composé B.

Lorsqu'il est absorbé à l'instant t =0, le médicament passe dans le sang où sa concentration croît au cours du temps, puis décroît par fixation sur des sites privilégiés ou par dégradation dans les reins et dans le foie.

S1 est la concentration à partir de laquelle le médicament devient actif, S2 celle où il devient toxique.

T1/2 est appelée « demi-vie » du médicament. A quoi correspond cette durée ?

En s'aidant de la courbe, dire pourquoi il est impératif de respecter la posologie prescrite par le médecin (c'est à dire le nombre de cachets, le délai entre deux prises).

Avant d'atteindre les sites où ils sont actifs, les médicaments doivent être absorbés. Par voie orale, ils passent dans la circulation sanguine après l'estomac ou l'intestin (poudres, cachets, gélules ...). Ils peuvent aussi être administrés par voie parentérale (injection à travers la peau), par voie transmuqueuse qui évite la dégradation par le foie (suppositoires, collyre ...) ou par voie cutanée (gel, pommade, patch). Pour chaque voie, indiquer un intérêt possible en distinguant dans la voie orale l'intérêt des gélules qui ne se dissolvent que dans l'intestin.

Le paracétamol est vendu sous diverses appellations : Claradol®, Compralsol®, Dafalgan®, Doliprane®, Dolko®, Efferalgan®, Fébrectol®, Paracétamol®, etc.

Pourquoi y a-t-il tant de dénominations pour un même médicament ? Ont-ils tous la même composition ? Qu'ont-ils en commun ?

Sur la notice du médicament « Efféralgan 500 mg », on lit :

« Paracétamol : 500 mg. Excipients : acide citrique anhydre, carbonate de sodium anhydre, bicarbonate de sodium, sorbitol, [...] q.s.p. un comprimé effervescent sécable ».

Qu'est-ce qu'un excipient ?

Que signifie q.s.p. ?

Pourquoi l'acide citrique et le bicarbonate de sodium sont-ils anhydres ?

Synthèse du paracétamol

On a obtenu 2,40 g de paracétamol à partir de 0,035 mol d'anhydride acétique et de 0,025 mol de paraaminophénol.

Quel est le réactif limitant dans la réaction ? Calculer le rendement par rapport à ce réactif.

On cherche à identifier le produit par CCM (Chromatographie sur couche mince) : on dépose sur une plaquette, avec le même éluant, une tache de produit synthétisé (X), de paracétamol de référence (Y) et de paraaminophénol (Z). On trouve pour les rapports frontaux : Rf(X) = 0,5 ; Rf(Y) = 0,5 et Rf(Z) = 0,1.

Décrire l'expérience à l'aide de schémas annotés complets et interpréter les résultats sachant qu'on n'observe aucune tache secondaire.

En s'aidant de la courbe, dire pourquoi il est impératif de respecter la posologie prescrite par le médecin (c'est à dire le nombre de cachets, le délai entre deux prises).

Avant d'atteindre les sites où ils sont actifs, les médicaments doivent être absorbés. Par voie orale, ils passent dans la circulation sanguine après l'estomac ou l'intestin (poudres, cachets, gélules ...). Ils peuvent aussi être administrés par voie parentérale (injection à travers la peau), par voie transmuqueuse qui évite la dégradation par le foie (suppositoires, collyre ...) ou par voie cutanée (gel, pommade, patch). Pour chaque voie, indiquer un intérêt possible en distinguant dans la voie orale l'intérêt des gélules qui ne se dissolvent que dans l'intestin.

Le paracétamol est vendu sous diverses appellations : Claradol, Compralsol, Dafalgan, Doliprane, Dolko, Efferalgan, Fébrectol, Paracétamol, etc.

Pourquoi y a-t-il tant de dénominations pour un même médicament ? Ont-ils tous la même composition ? Qu'ont-ils en commun ?

Sur la notice du médicament « Efféralgan 500 mg », on lit :

« Paracétamol : 500 mg. Excipients : acide citrique anhydre, carbonate de sodium anhydre, bicarbonate de sodium, sorbitol, [...] q.s.p. un comprimé effervescent sécable ».

Qu'est-ce qu'un excipient ?

Que signifie q.s.p. ?

Pourquoi l'acide citrique et le bicarbonate de sodium sont-ils anhydres ?

Synthèse du paracétamol

On a obtenu 2,40 g de paracétamol à partir de 0,035 mol d'anhydride acétique et de 0,025 mol de paraaminophénol.

Quel est le réactif limitant dans la réaction ? Calculer le rendement par rapport à ce réactif.

On cherche à identifier le produit par CCM (Chromatographie sur couche mince) : on dépose sur une plaquette, avec le même éluant, une tache de produit synthétisé (X), de paracétamol de référence (Y) et de paraaminophénol (Z). On trouve pour les rapports frontaux : Rf(X) = 0,5 ; Rf(Y) = 0,5 et Rf(Z) = 0,1.

Décrire l'expérience à l'aide de schémas annotés complets et interpréter les résultats sachant qu'on n'observe aucune tache secondaire.

TS - Spécialité - Exercices de révision - Chimie

Gwénaël Moreau

2005-05-02T12:18:18