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Corrigé 1998 : Estérification de l’éthanol par l’acide méthanoique

Détails: Catégorie : Cinétique chimique

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1.1- Equation-bilan de la réaction

La réaction entre un acide carboxylique et un alcool produit un ester par élimination d'une molécule d'eau.

$R-COOH+R^{\prime }-OH\rightleftarrows R-COO-R^{\prime }+H_{2}O$

où $R-$ et $R^{\prime }-$ sont des groupements alkyles de formules respectives

$C_{n}H_{2n+1}-$ et $C_{n^{\prime }}H_{2n^{\prime }+1}-$

1.2- Caractères de la réaction

La réaction (estérification directe) est lente, réversible et limitée.

1.3.a- Détermination de la vitesse instantanée de formation de l'ester à la date t = 200s

Pour déterminer la vitesse instantanée de formation de l'ester à la date t = 200s, on trace la tangente à la courbe [ester] = f(t) à la date t considérée puis on calcule le coefficient directeur de cette tangente. On trouve :

• Pour le mélange A : $V_{1}(ester)_{t-200s}=3.10^{-4}mol.L^{-1}.s^{-1}$

• Pour le mélange B : $V_{2}(ester)_{t-200s}=4.10^{-4}mol.L^{-1}.s^{-1}$

1.3.b- Rôle de l'acide sulfurique

$V_{2}(ester)_{t-200s}>V_{1}(ester)_{t-200s}$ : l'acide sulfurique augmente la vitesse de formation de l'ester. L'acide sulfurique joue le rôle de catalyseur.

1.3.c- Valeurs des concentrations des différentes espèces organiques à t=300s

$R-COOH + R'-OH \leftrightarrows R-COO-R' + H_{2}O$

A l'instant t = 0 $C_{0}= C(R-COOH)$ et $C_{0} = C(R'-OH)$

A l'instant t $C_{0} - x = C(R-COOH)$ ; $C_{0} - x = C(R'-OH)$ et

$x = C(R-COO-R')$

avec $C_{0}$ concentration initiale de l'acide et de l'alcool dans le mélange.

$(C_{0}=\frac{CV}{2V}=\frac{0,6}{2}=0,30mol.L^{-1})$ et $x=[ester]$ ;

$[ester]$ est fournie à la date t par les courbes

$(1)et(2)$ $;$ $[HCOOH]=[C_{2}H_{5}OH]=C_{0}-[ester]$ .

• mélange A :

$[ester]=0,1mol.L^{-1};[HCOOH]=[C_{2}H_{5}OH]=0,20mol.L^{-1}$ ;

• mélange B :

$[ester]=0,15mol.L^{-1};[HCOOH]=[C_{2}H_{5}OH]=0,15mol.L^{-1}$ ;

1.3.d- Limite d'estérification des deux essais

La composition initiale des deux essais étant la même, ceux-ci vont tendre vers la même limite. Par contre, cette limite sera plus rapidement atteinte pour le mélange B dont la concentration en catalyseur est plus élevée.

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