EXERCICE I. Hydrolyses des esters (6,5 points)
L'hydrolyse d'un ester conduit à un état d'équilibre chimique pour lequel
coexistent un acide carboxylique, un alcool, l'ester et de l'eau. Lors d'une
hydrolyse ...
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EXERCICE I. HYDROLYSES DES ESTERS (6,5 points)
Lhydrolyse dun ester conduit à un état déquilibre chimique pour lequel coexistent un acide carboxylique, un alcool, lester et de leau.
Lors dune hydrolyse basique, le réactif utilisé est une solution aqueuse contenant des ions hydroxyde (solution dhydroxyde de sodium par exemple). Léquation générale dune réaction dhydrolyse basique est la suivante :
Lion carboxylate, contrairement à lacide carboxylique formé lors de lhydrolyse avec de leau, est sans effet sur lalcool de sorte que la réaction inverse destérification na pas lieu.
Une application de lhydrolyse basique est lobtention de savons. En effet, les réactions de saponification ne sont autres que des réactions dhydrolyse basique à partir de corps gras qui sont des triesters de glycérol.
Les savons, obtenus par précipitation de lion carboxylate formé, sont des carboxylate de sodium ou de potassium. Ces derniers composés sont moins solubles dans leau salée que dans leau.
Lobjectif de lexercice est détudier les propriétés de ces différentes réactions.
Léthanoate de benzyle CH3-CO2-CH2-C6H5 est un ester très parfumé extrait du jasmin. On recueille un échantillon presque pur quon fractionne en deux parties égales.
Données :
formule semi-développée de lalcool benzylique :
masse molaire de léthanoate de benzyle : 150 g.mol-1
Les parties 1,2 et 3 sont indépendantes.
1. Hydrolyse dun ester
La première moitié de léchantillon précédent est introduite dans un ballon avec une quantité de matière égale deau et quelques gouttes dacide sulfurique concentré. Ce ballon, équipé dun chauffage à reflux, est placé au bain marie. La constante déquilibre K de la réaction dhydrolyse qui se produit est égale à 0,25.
1.1. Étude de la réaction dhydrolyse.
1.1.1. Écrire, en utilisant les formules semi-développées, léquation de la réaction. Nommer les produits formés.
1.1.2. Donner deux caractéristiques de cette réaction.
1.2. Étude du montage.
1.2.1. Schématiser le montage utilisé. Quel est lintérêt de ce montage ?
1.2.2. Quel est le rôle de lacide sulfurique ?
1.3. On note n0 les quantités de matière initiales de réactifs et xf lavancement de la réaction dans létat final.
1.3.1. Compléter littéralement le tableau davancement en annexe I à rendre avec la copie.
1.3.2. Définir le taux davancement ( de la réaction.
1.3.3. Donner lexpression de la constante déquilibre K. Montrer que
EMBED Equation.DSMT4
1.3.4. Vérifier que le rendement de la réaction est pratiquement égal à 33%.
1.4. Comment évolue le rendement de la réaction lorsquon extrait lalcool du milieu réactionnel ?
2. Hydrolyse basique dun ester.
On fait réagir la deuxième moitié de léchantillon précédent avec une solution aqueuse dhydroxyde de potassium en excès. Le volume V du mélange réactionnel obtenu est égal à 200 mL. Par dosage de prélèvements successifs de 20,0 mL, on détermine la quantité de matière dions hydroxyde restants n(HO-)restant à différentes dates ainsi que lavancement x de la réaction dhydrolyse basique. Les résultats sont consignés dans le tableau de lannexe I à rendre avec la copie.
2.1. En exploitant le texte, donner lintérêt dune hydrolyse en milieu basique.
2.2. Avancement de la réaction :
2.2.1. En saidant éventuellement dun tableau davancement, écrire la relation entre n(HO-)restant et lavancement x de la réaction à la date t.
2.2.2. En déduire les valeurs manquantes de x du tableau de lannexe I à rendre avec la copie, aux dates t = 4 min et 6 min.
2.2.3. Sachant que la masse déthanoate de benzyle utilisée pour le mélange réactionnel de volume V = 200 mL, est égale à 10,0 g, déterminer la valeur finale de lavancement, notée xf.
2.3. Étude de la cinétique de la réaction :
2.3.1. Définir et déterminer le temps de demi-réaction à partir du graphique de lannexe I à rendre avec la copie.
2.3.2. Comment varie la vitesse de réaction au cours du temps ? Pourquoi ?
2.3.3. Représenter sur le graphique lallure de la courbe que lon obtiendrait en chauffant le mélange réactionnel.
3. Obtention dun savon.
Pour obtenir un savon, on réalise à chaud lhydrolyse basique du tributyrate de glycéryle ou butyrine avec une solution aqueuse dhydroxyde de potassium. Pour récupérer le savon, on effectue une opération appelée relargage.
On notera RCOOH lacide butyrique.
3.1. Écrire la formule semi-développée du glycérol (propan-1,2,3-triol) ainsi que celle du tributyrate de glycéryle.
3.2. Quel est lintérêt de lopération de relargage, qui consiste à ajouter de leau salée au mélange réactionnel.
ANNEXE I À RENDRE AVEC LA COPIE
1 .Hydrolyse dun ester
Question 1.3.1.
équation chimique Ester + H2O = +État du systèmeAvancement (mol)Quantités de matière (mol)État initial0État intermédiairexÉtat finalxf
2. Hydrolyse basique dun ester
Question 2.2.2.
Date t (min)0246810121416n(HO-)restant (10-3 mol)108,87,35,85,04,44,24,03,8x (10-3 mol)01,25,05,65,86,06,2
Question 2.3.1.
CH2-OH
