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Vidéo de question : Déterminer l’emplacement de la vapeur d’éthanol la plus pure lors de la distillation fractionnée d’une solution d’éthanol et d'eau Chimie

Un mélange d’éthanol et d’eau est séparé en utilisant la distillation fractionnée. La mesure du thermomètre augmente initialement puis demeure stable autour de 78°C, le point d’ébullition de l’éthanol, pendant que l’éthanol dans le mélange bout. Au cours de cette phase de la distillation, où vous attendez-vous à retrouver la vapeur d’éthanol la plus pure ? [A] vers le haut de la colonne [B] au milieu de la colonne [C] en bas de la colonne [D] répartie également sur toute la colonne

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Transcription de vidéo

Un mélange d’éthanol et d’eau est séparé en utilisant la distillation fractionnée. La mesure du thermomètre augmente initialement puis demeure stable autour de 78°C, le point d’ébullition de l’éthanol, pendant que l’éthanol dans le mélange bout. Au cours de cette phase de la distillation, où vous attendez-vous à retrouver la vapeur d’éthanol la plus pure? (A) vers le haut de la colonne (B) au milieu de la colonne (C) au bas de la colonne (D) répartie également sur toute la colonne

En général, la distillation est une technique utilisée pour séparer les mélanges en leurs composants en fonction de leurs points d’ébullition. L’ébullition est le changement d'état dans lequel un liquide se transforme en gaz. Lors du chauffage, le liquide dont le point d’ébullition est le plus bas bout en premier. Il se transforme en gaz qui peut ensuite être condensé en liquide et collecté. Le mélange dans cette question contient de l’éthanol et de l’eau. Le point d’ébullition de l’éthanol est de 78 degrés Celsius, alors que celui de l’eau est de 100 degrés Celsius. Par conséquent, au cours de la distillation, l’éthanol bout et se transforme en gaz en premier.

La différence entre les points d’ébullition de l’éthanol et de l’eau est relativement faible. Pour séparer les mélanges dans lesquels les composants présentent une faible différence de point d’ébullition, il convient d’utiliser un type de distillation appelée distillation fractionnée. La distillation fractionnée est un type de distillation au cours de laquelle les composants d’un mélange sont séparés de façon séquentielle en chauffant le mélange, en faisant passer les vapeurs à travers une colonne de fractionnement, en condensant les vapeurs, puis en collectant le liquide condensé.

Dans le montage expérimental illustré ici, la solution d’éthanol et d’eau est chauffée dans un ballon de distillation. Une colonne de Vigreux (ou colonne de séparation) est reliée à la partie supérieure du ballon de distillation et un thermomètre est placé en haut de la colonne de séparation avec son ampoule juste en face de l’ouverture vers le condenseur.

La question mentionne que la mesure de la température au thermomètre augmente initialement après la mise en route du chauffage du mélange. Nous savons également que la mesure du thermomètre atteint finalement 78 degrés Celsius, soit le point d’ébullition de l’éthanol. La température demeure constante à 78 degrés Celsius pendant un certain temps. Au cours de cette phase, l’éthanol dans le mélange bout et ses vapeurs s'élèvent du ballon de distillation et pénètrent dans la colonne de séparation.

Lorsque les vapeurs montent dans la colonne, elles se condensent sur les billes de verre et forment des gouttelettes de liquide. Au fur et à mesure que davantage de vapeurs entrent dans la colonne, les gouttelettes de liquide se réchauffent et se transforment à nouveau en vapeur. Ce cycle de condensation et d’évaporation se répète en boucle au fur et à mesure que les vapeurs continuent de monter dans la colonne de fractionnement.

À chaque cycle d’évaporation, les vapeurs sont de plus en plus pures et contiennent davantage d’éthanol jusqu’à ce les vapeurs soient les plus pures en haut de la colonne de séparation. Ces vapeurs d’éthanol passent ensuite dans le condenseur où elles sont refroidies, puis elles se condensent complètement et sont collectées sous forme liquide dans le ballon de réception.

Nous avons appris que lorsque la température demeure constante à 78 degrés Celsius, l’éthanol dans le mélange bout et ses vapeurs traversent la colonne de fractionnement. À mesure que les vapeurs d’éthanol se condensent et s'évaporent à nouveau en montant dans la colonne de séparation, elles deviennent de plus en plus pures. Par conséquent, en examinant les choix de réponse, le choix de réponse (A) est celui qui est le plus approprié. Lors de la phase de distillation, dans laquelle la température demeure constante à 78 degrés Celsius, les vapeurs d’éthanol les plus pures se retrouvent vers le haut de la colonne.

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