EXERCICE I: Hydrolyses des esters (6,5 points)

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EXERCICE I : HYDROLYSES DES ESTERS (6,5 points)
1. Hydrolyse d'un ester.
1.1. Étude de la réaction d'hydrolyse.
1.1.1.
1.1.2. Une réaction d'hydrolyse est lente et limitée. 1.2. Étude du montage.
1.2.1. Il s'agit d'un chauffage à reflux qui permet de chauffer le mélange
réactionnel (facteur cinétique) sans avoir de perte de matière.
La vitesse de la réaction est ainsi augmentée. 1.2.2. L'acide sulfurique est un catalyseur, il permet, lui aussi,
d'augmenter la vitesse de la réaction.
1.3.1.
|équation chimique | Ester + H2O = CH3CO2H |
| |+ C6H5CH2OH |
|État du |Avancement |Quantités de matière (mol) |
|système |(mol) | |
|État initial|0 |n0 |n0 |0 |0 |
|État |x |n0 - x |n0 - x |x |x |
|intermédiair| | | | | |
|e | | | | | |
|État final |xf |n0 - xf |n0 - xf |xf |xf |
1.3.2. [pic] xf : avancement de la réaction dans l'état final
xmax : avancement de la réaction si la transformation est
totale, ici xmax = n0
[pic]
1.3.3. [pic]
[pic] [pic] [pic]
D'après 1.2.3. [pic], donc xf = ( . n0
[pic] [pic] [pic] soit K =[pic]
1.3.4. On nous donne la valeur de K = 0,25 :
L'équation précédente nous donne : K.(1 ( ()² = (²
[pic] . (1 ( () = (
[pic] ( [pic].( = (
(.([pic] + 1) = [pic]
( = [pic]
[pic] = 0,33 = 33%
Remarque : le rendement est égal au taux d'avancement.
1.4. Si on extrait de l'alcool (un des produits), la réaction va évoluer de
façon à former davantage de produit (principe de modération de Le
Chatelier). Elle va évoluer dans le sens direct et xf va augmenter. Le
rendement va augmenter. 2. Hydrolyse basique d'un ester
2.1. Dans le texte, on nous dit que l'ion carboxylate formé au cours de la
saponification est sans effet sur l'alcool. La réaction d'estérification
(inverse de la réaction d'hydrolyse basique) ne pourra pas avoir lieu. La
réaction de saponification est totale. 2.2.1. Les ions hydroxyde sont en excès, c'est un des réactifs.
n(HO-)restant = n(HO-)(t=0) - x(t) 2.2.2. D'après la réponse précédente : x(t) = n(HO()(t=0) ( n(HO()restant
x(4) = 10×10-3 - 7,3×10-3 = 2,7×10-3 mol
x(6) = 10×10-3 - 5,8×10-3 = 4,2×10-3 mol 2.2.3. Le mélange réactionnel de volume V = 200 mL contient 10,0 g
d'éthanoate de benzyle, donc le prélèvement de 20,0 mL n'en contient que
1,00 g.
L'énoncé indique que les ions hydroxyde ont été introduits en excès, ainsi
l'éthanoate de benzyle est le réactif limitant. La transformation étant
totale, il est totalement consommé :
n0 ( xf =0
[pic] ( xf = 0
xf = [pic]
xf = [pic]
xf = [pic] = 6,67×10-3 mol = 6,67 mmol
Valeur en accord avec le graphique de la
question suivante.
2.3. Étude de la cinétique de la réaction :
2.3.1. Le temps de demi-réaction correspond à la durée au bout de laquelle
l'avancement a atteint la moitié de sa valeur finale.
x(t1/2) = xf / 2 = 3,33 mmol
On lit t1/2 = 4,6 min. 2.3.2. La vitesse de réaction diminue au cours du temps. Elle est
proportionnelle au coefficient directeur de la tangente à la courbe
représentative de x = f(t) à la date considérée.
La diminution de la concentration en réactifs est à l'origine de cette
évolution de la vitesse. 2.3.3. En chauffant on augmente la vitesse de réaction, par contre l'état
final est inchangé
(xf = 6,67 mmol). Voir courbe en pointillé.
3. Obtention d'un savon.
3.1. Glycérol tributyrate de glycéryle
(propan-1,2,3-triol) 3.2. Le savon obtenu (ion carboxylate) est moins soluble dans l'eau salée,
il va donc précipiter ce qui permettra de le récupérer par filtration.
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CH2-OH CH2-O-C-CH3 + H2O = O O HO-C-CH3 + Acide éthanoïque Alcool benzylique Réfrigérant à boules Ballon contenant le mélange réactionnel Bain marie Support élévateur t1/2 = 4,6 min CH2 - OH
CH - OH CH2 - OH CH2 - OOCR
CH - OOCR CH2 - OOCR