Exercice bilan

On mélange 15 grammes d'acide éthanoïque, 8 grammes de 2-méthylbutan-1-ol et 0,5 mol d'acide sulfurique. On chauffe à reflux pendant quatre heures.

a) Quel est le rôle de l'acide sulfurique ?

b) Ecrire l'équation-bilan de la réaction et donner son nom. Préciser le nom des produits synthétisés.

c) Les proportions de la réaction sont-elles stoechiométriques ? Justifier.

• On obtient 9,7 grammes de produit au bout des quatre heures de reflux. Calculer la quantité de matière de ce produit et en déduire le rendement de la réaction.

• Calculer les quantités de matière des réactifs restants dans le milieu réactionnel.

Correction :

a) L'acide sulfurique est le catalyseur de la réaction. Il permet d'augmenter la vitesse de la réaction.

b)

Cette réaction est une estérification. Les deux produits synthétisés sont de l'eau et l'ester éthanoate de 2-methylbutyle.

c) Pour savoir si les réactifs ont été introduits initialement dans des proportions stoechiométriques, il faut faire un tableau d'avancement.

On a utilisé 15 grammes d'acide éthanoïque, sa masse molaire est : 2×12,01 + 4×1,01 + 2×16,00 = 60,06 g/mol, on a donc introduit 15/60,06 = 0,25 mol.

De même, la masse molaire du 2-méthylbutanol est 88,17 g/mol, on a donc au départ 8/88,17 = 0,091 mol.

(x est l'avancement de la réaction).

Les deux réactifs ont le même coefficient stoechiométrique dans l'équation bilan, mais n'ont pas le même nombre de moles initial ; on peut donc constater que les réactifs n'ont pas été introduits dans des proportions stoechiométriques et que l'acide éthanoïque est le réactif en excès.

d)

Au bout des quatre heures de reflux, on obtient 9,7 grammes d'ester ; la formule brute de cet ester est C7H14O2, sa masse molaire est donc 130,18 g/mol. On a donc synthétisé à t=4 heures 9,7/130,18 = 0,074 mol d'ester ce qui correspond au nombre de moles obtenu expérimentalement. Si la réaction avait été totale (rendement de 100%), on aurait obtenu 0,091 mol d'ester (car le réactif en défaut est le 2-méthylbutanol). Le rendement est donc de : (0,074/0,091)*100 = 82%.

A t = 4 heures, on a obtenu 0,074 mol d'ester, donc xf = 0,074 mol. Pour déterminer quelle quantité de matière il reste pour chaque réactif, il faut remplacer xf dans le tableau d'avancement :