Estérification - TuniSchool

EXERCICE 1 :
I- Le taux d'avancement final d'une réaction est le rapport : (= xf /x max
On donne ce taux d'avancement dans le cas d'un mélange équimolaire d'alcool
et d'acide :
- Pour les alcools primaires (= 67 %
- ,, ,, secondaires (= 60 %
1-En appliquant la loi d'action de masse, dans le cas d'un mélange
équimolaire, montrer que la constante d'équilibre s'écrit sous la forme K
= (² / (1-()² .
2- Calculer pour chaque classe d'alcool la constante d'équilibre K
relative à la réaction d'estérification
II- 1/ On réalise une réaction d'estérification en mélangeant à t=0 un
volume V1 =14,3 mL d'acide éthanoïque C2H4O2 de densité d1 =1,05 gcm-3
et un volume V2= 19,2 mL d'alcool, de densité d2 = 0,785 et de formule
brute C3H8O.
a-Quelle est la composition initiale du mélange. On donne MC = 12 g.mol-1 ;
MO=16 g.mol-1 MH= 1 g.mol-1 .
b-déterminer le sens d'évolution spontanée de la réaction.
a- Dresser le tableau d'avancement de la réaction.
2/ On prépare 10 tubes à essai propres et secs et à l'aide d'une pipette
graduée on verse 3,35 ml du mélange obtenu dans chacun d'eux puis on les
place dans un bain marie. Pour déterminer la composition du mélange à t=
t1, on retire un tube, on le refroidit avec l'eau glacée et on dose l'acide
restant par une solution d'hydroxyde de sodium 1 M , on obtient
l'équivalence pour un volume de soude versé vb=10 cm3.
a/ déterminer le nombre de mole d'acide à l'instant t1 , en déduire le
nombre de mole d'ester formé à cet instant.
b/ Calculer à t = t1 , le taux d'avancement de la réaction.
c/ Le système a t-il atteint l'équilibre ? Discuter selon la classe de
l'alcool.
3/ On se place dans le cas où le système n'a pas atteint l'équilibre.
a/ Ecrire l'équation de la réaction d'estérification
b/ On considère une deuxième expérience dont le mélange initial est
formé de 3 g d'acide éthanoïque, 3 g d'alcool, 5,1 g d'ester et 0,9 g
d'eau.
. Dans quel sens évolue la réaction ?
. Dresser le tableau descriptif d'évolution du système chimique.
Déterminer la composition du mélange à l'équilibre dynamique.
EXERCICE 2
On réalise la réaction d'hydrolyse de méthanoate d'éthyle H-COOC2H5 à une
température constante de 50°C en mélangeant dans un ballon, à la date t =
0, une mole de l'ester et une mole d'eau.
On réalise, au cours du temps, des prélèvements de volume V= 20 mL grâce
auxquels on déduit par titrage avec une solution de soude la quantité de
matière n d'acide restant dans le mélange. Les résultats ont permis de
tracer le graphe, de l'évolution de la quantité de matière d'acide formé au
cours du temps. (voir figure ci-dessus):
1°) Ecrire l'équation de la réaction d'hydrolyse notée (1).
2°) Faire le schéma du montage permettant de réaliser le titrage de l'acide
formé et nommer le matériel utilisé.
3°) a- Dresser le tableau d'évolution de la réaction (1).
b- Quel volume de la solution de soude de concentration Cb = 2 mol.L-1
doit-on verser dans le prélèvement à l'équivalence à la date t = 20 min.
4°) Déterminer le taux d'avancement final ?1 de la transformation et
déduire le caractère total ou limité de la réaction (1)
5°) Déterminer la valeur de la constante d'équilibre relative à cette
réaction.
6°) On réalise de nouveau la réaction d'hydrolyse du l'acide méthanoate
d'éthyle à la même température de 50°C en mélangeant, à la date t = 0, une
mole de l'ester et deux moles d'eau ;
b- Déterminer le taux d'avancement final ?2 de cette réaction dans ces
conditions.
c- Quelle conclusion peut-on tirer pour augmenter le taux d'avancement
final d'une réaction d'hydrolyse ?
Exercice 3 : A/ Préparation du mélange initial :
On veut mélanger 0,5 mole de pentan-1-ol C5H12O et 0,5 mole d'acide
méthanoïque H2CO2 .
1-Montrer que les volumes d'alcool et d'acide mélangés sont respectivement
55cm3 et 19,2 cm3
On donne : M( C ) = 12g.mol-1 , M( H ) = 1g.mol-1 , M( O ) = 16g.mol-1
Masse volumique de l'alcool : ?al = 0,8 g.cm-3 et la masse volumique
de l'acide est ?ac = 1,2 g.cm-3.
2-Pourquoi le ballon dans lequel se fait le mélange doit-il être placé dans
la glace au cours de cette préparation ?
B/ Estérification à chaud et à température constante : Le mélange précédent
est retiré de la glace puis placé dans un bain marie d'eau chaude à une
température constante.
1/ On prélève un volume V = 2cm3 du mélange toute les cinq minutes et après
refroidissement, on dose l'acide restant avec une solution d'hydroxyde de
sodium de concentration molaire CB = 1 mol.L-1 et en présence de
phénolphtaléine.
a- Quel est le but de ce refroidissement ?
b- Faire un schéma annoté du dispositif du dosage.
c- Quelle coloration doit -on observer pour repérer le point
d'équivalence ?
2/ Calculer la quantité d'acide n0 contenue dans 2cm3 du mélange.
3/ Dresser un tableau descriptif d'évolution du système chimique au cours
du temps.
4 / On donne la constante d'équilibre relative à la réaction étudiée : K =
4 .
a- Déterminer l'avancement final xf de la réaction lorsque le système
chimique est en état d'équilibre.
b- Calculer l'avancement maximal xmax de la réaction étudiée puis en
déduire le taux d'avancement final.
5/a- Calculer la quantité d'acide restant dans 2 cm3 du mélange lorsque le
système chimique est en état d'équilibre.
c- En déduire la valeur du volume VBE versé pour doser l'acide restant à
l'équilibre.


Exercice 4 ( Document scientifique)
E Marcellin Berthelot (1827-1907) et son élève Péan de Saint-Gilles (1832-
1863) étudièrent, l'estérification de certains acides et alcools, en
particulier celle de l'acide éthanoïque et de l'éthanol. Le texte qui suit
est un extrait du mémoire de Berthelot et Péan de Saint-Gilles, publié en
1862 sous le titre Recherche sur les affinités
« ...Les esters sont formés par l'union des acides et des alcools ; ils
peuvent reproduire en se décomposant les acides et les alcools. [...] En
général, les expériences consistent, soit à faire agir sur un alcool pur un
acide pur, les proportions de l'alcool et de l'acide étant déterminées par
des pesées précises, soit à faire agir sur un ester de l'eau. Dans tous les
cas de ce genre, le produit final se compose de quatre corps à savoir :
l'ester, l'alcool libre, l'acide libre, l'eau. Mais ces quatre corps sont
dans des proportions telles qu'il suffit de déterminer exactement la masse
d'un seul d'entre eux, à un moment quelconque des expériences, pour en
déduire toutes les autres, pourvu que l'on connaisse les masses des
matières primitivement mélangées. [...]. Ceci posé, entre les quatre
éléments suivants : ester, alcool, acide, eau, le choix ne saurait être
douteux, c'est évidemment l'acide qu'il faut déterminer.[...] On transvase
le produit final dans un vase à fond plat, [...] on ajoute quelques gouttes
de teinture de tournesol, et l'on verse de l'eau de baryte avec une burette
graduée jusqu'à ce que la teinte rose ou violacée du tournesol ait viré au
bleu franc. [...]. Mais dans les conditions ordinaires, l'eau intervenant,
l'estérification s'arrête à une certaine limite. La limite de la réaction
est fixée par des conditions déterminées : elle est à peu près indépendante
de la température et de la pression. [...]. Si on élimine l'eau, la
réaction d'un acide sur un alcool peut atteindre un rendement de 100 %... »
Remarques :
- Le mélange initial équimolaire correspond à la st?chiométrie de
l'équation chimique associée à la réaction proposée par Berthelot entre un
acide et un alcool.
- L'eau de baryte est une solution aqueuse d'hydroxyde de baryum ; [pic]
- La teinture de tournesol est un indicateur coloré.
Questions
1-a-Dans la première phrase du texte, on peut lire « les esters sont formés
par l'union des acides et des alcools ». Reformuler et actualiser cette
phrase. Ecrire une équation de réaction traduisant cette phrase.
Dans le deuxième paragraphe on lit : « Ceci posé, entre les quatre éléments
suivants : ester, alcool, acide, eau ... ». L'emploi du mot élément est-il
pertinent dans ce contexte ?
b-Proposer un autre terme dans le cas contraire.
c-Berthelot indique que « les esters peuvent reproduire en se décomposant
les acides et les alcools ». Quel nom est donné à la réaction ainsi
évoquée ?
2-Quelles phrases du texte montrent que les transformations chimiques
faisant intervenir un acide et un alcool ne sont pas totales ? Que
représente pour Berthelot le « produit final » ?
3-a-Proposer une expression pour reformuler les termes « pourcentage de
l'acide initial estérifié » figurant dans le tableau des résultats.
b-Quelle conclusion peut-on déduire du tableau sur la cinétique de la
transformation ?
4-En notant n0 la quantité de matière d'acide éthanoïque initiale, dresser
un tableau descriptif de l'évolution du système chimique et montrer que
l'on retrouve l'affirmation de la phrase : « Mais ces quatre corps sont
dans des proportions telles qu'il suffit de déterminer exactement la masse
d'un seul d'entre eux, à un moment quelconque des expériences, pour en
déduire toutes les autres, pourvu que l'on connaisse les masses des
matières primitivement mélangées».
a-Citer l'extrait du texte qui décrit le protocole permettant de déterminer
la quantité d'acide restant.
b-Expliquer la dernière phrase du texte.
c-Quelle autre méthode permet d'obtenir un rendement se rapprochant de 100
% ?
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Tableau des résultats de Berthelot : acide éthanoïque et éthanol en mélange
équimolaire et à la température ambiante. | |Durée de l'expérience
|Pourcentage de l'acide initial estérifié | |15 jours (mai 1861)
22 jours
70 jours (juillet)
72 jours
128 jours (septembre)
154 jours (octobre)
277 jours (janvier 1862)
368 jours (juin) |10,0
14,0
37,3
38,3
46,8
48,1
53,7
55,0 | |