TP sur la distillation fractionnée d'un mélange acétone/eau

Résumé du document

Le diméthyle cétone, connu sous le nom d'acétone, de formule brute CH3COCH3, est un liquide transparent et inflammable fabriqué à partir de benzène et de propène par le procédé cumène.
Sa température de fusion est de -95,4 °C et celle d'ébullition de 56,53 °C. Elle a une densité relative de 0,819 (à 0 °C). D'autre part, l'acétone est un solvant très utilisé en laboratoire et en industrie car beaucoup d'espèces organiques y sont solubles. D'ailleurs, sa polarité (moment dipolaire : 2,88 ± 0,03 D) explique sa très forte solubilité dans l'eau. Ainsi pour pouvoir la séparer de celle-ci, la distillation fractionnée se présente comme technique préférée. En effet, elle se base sur la différence entre la température d'ébullition des deux composés : 56°C pour l'acétone et 100°C pour l'eau, pour extraire chacun de ceux-ci seul. Nous rapporterons dans la suite de ce compte-rendu la distillation fractionnée d'un mélange eau/acétone (...)

Extraits

[...] L'erlenmeyer est changé lorsque la température augmente. Le chauffage est arête quelques minutes plus tard et le chauffe ballon est abaissé. La solution restante dans le chauffe ballon en fin de chauffage est transvasée dans le deuxième erlenmeyer. En fin de manipulation ml d'acétone et 30 ml d'eau distillée sont récupérées. L'acétone étant un liquide incolore d'odeur caractéristique. [...]

[...] Le diagramme cidessous, explique la composition de la vapeur et du liquide obtenu : C1 C2 C3 C4 La courbe noire représente la composition du mélange, et la courbe rouge la composition de la vapeur dégagée par celui-ci. Les deux courbes varient en effet entre la température théorique de l'ébullition de l'eau et de l'ébullition de l'acétone, le mélange n'est donc pas azéotropique. Le mélange étant constitué à 2/3 d'acétone, on projette à partir de 0.66 sur les abscisses. C1 est la composition de la solution initiale. C2 est la composition de la vapeur qui se condense au premier niveau de la colonne. [...]

[...] Nous rapporterons dans la suite de ce compte rendu la distillation fractionnée d'un mélange eau/acétone. Résultats et discussion: Le mélange acétone et eau, à pression atmosphérique, peut être considérée comme une solution idéale, c'est-à-dire que les pressions partielles de l'acétone et de l'eau dans la solution sont proportionnelles aux concentrations de ces deux éléments, tel que l'exprime la loi de Raoult: Px=P0x x Nx . Par exemple, dans le cas d'un mélange acétone/eau à à une température de 20 la vapeur dégagée contient environ 95% d'acétone et d'eau (la tension de vapeur saturante de l'acétone étant de 228 mbar à 20°C alors que celle de l'eau est de 23,4 mbar à soit Pacétone=228x2/3= 152 et Peau=23,4x1/3= 7.8 ; d'où un pourcentage d'acétone dans la vapeur égale à 152/(152+ 7.8 Se basant ainsi sur cette propriété des solutions idéales et notamment sur le diagramme présentant la composition des solutions idéales et de leur vapeur selon la température d'ébullition (ci-dessous), on réalise une distillation fractionnée grâce à un dispositif expérimental, dont la colonne vigreux permet de remplacer un certain nombre de distillation simple, ici quatre, en une seul distillation dite fractionnée. [...]

[...] En fait, au cours du chauffage, la concentration de l'acétone dans le mélange diminue car l'acétone est progressivement évaporée. Le rapport entre l'acétone et l'eau varie dans le sens indiqué par la flèche verte au-dessous du diagramme, mais les concentrations des composés dans la vapeur ne varient pas. D'après le diagramme, la vapeur C4 est donc entièrement composée d'acétone (t°(C4)=téb(acétone)) et est condensée à l'aide du réfrigérant à eau avant d'être récupérée. En un deuxième temps, la température en fin de colonne atteint soit presque la température d'ébullition de l'eau, ce qui correspond, d'après le diagramme, à une vapeur ne contenant que de l'eau ; l'acétone ayant était complètement évaporée. [...]

[...] Mode opératoire : Matériel utilisé : - Chauffe ballon - Ballon rodé - Colonne vigreux plateaux) - Eprouvette - Erlenmeyer - Becher - Réfrigérant à eau Adaptateur coudé Thermomètre Support élévateur - Noix Pinces Mode opératoire: - On place 50 ml d'un mélange d'eau et d'acétone dans un ballon de 250 ml à fond rond et on y ajoute quelques grains de pierre ponce. Le mélange 30ml d'eau et 60ml d'acétone est place dans un ballon de 100 ml. Quelques grains de pierre ponce y sont ajoutés. - Le dispositif ci-dessous est mis en place après graissage des joints rodés. - Le réfrigérant à eau est connecté au robinet et le chauffe ballon est mis en marche sur le niveau 2/3. Le distillat est collecté dans un erlenmeyer lorsque la température du mélange est de 56°C. [...]