Exercices - Chap 16 - Contrôle de l'évolution de systèmes chimiques

Exercices – Chap 16 – Contrôle de l'évolution de systèmes chimiques

ex 6 p 298

1) a) CH₃–CH₂–CO–O–CO–CH₂–CH₃

b) C₆H₅–CO–O–CO–C₆H₅

2) a) anhydride butanoïque b) anhydride éthanoïque ( ou anhydride acétique)

ex 7 p 298

a) CH₃–CHOH–CH₃ + CH₃–COOH = CH₃–COO–CH(CH₃)–CH₃ + H₂O

alcool + acide carboxylique = ester + eau (réaction limitée)

b) CH₃–CHOH–CH₃ + CH₃–CO–O–CO–CH₃ → CH₃–COO–CH(CH₃)–CH₃ + CH₃–COOH

alcool + anhydride d'acide = ester + acide (réaction totale)

c) CH₃–CH₂–OH + CH₃–CH₂–CO–O–CO–CH₂–CH₃

→ CH₃–CH₂–COO–CH₂–CH₃ + CH₃–CH₂–COOH

alcool + anhydride d'acide → ester + acide (réaction totale)

d) CH₃–OH + CH₃–CH(CH₃)–COOH = CH₃–CH(CH₃)–COO–CH₃ + H₂O

alcool + acide carboxylique = ester + eau (réaction limitée)

ex 8 p 298

1) a) CH₃–CH₂–OH + CH₃–CH₂–COOH = CH₃–CH₂–COO–CH₂–CH₃ + H₂O

L'estérification est lente, limitée et athermique.

b) n(acide)_restant = m / M = 5,2 / (3 x 12 + 6 x 1 + 2 x 16) = 5,2 / 74 = 0,070 mol

n(acide)₀ = m / M = 14,8 / 74 = 0,20 mol ; n(acide)_cons = n(acide)₀ – n(acide)_restant = 0,13 mol

D'après l'équation, n(ester)_formé = n(acide)_cons = 0,13 mol

m(ester)_formé = n . M = 0,13 x (5 x 12 + 10 x 1 + 2 x 16) = 0,13 x 102 = 13,3 g

2) a) CH₃–CH₂–OH + CH₃–CH₂–CO–O–CO–CH₂–CH₃

→ CH₃–CH₂–COO–CH₂–CH₃ + CH₃–CH₂–COOH

Cette réaction est rapide, totale et exothermique. Elle ne produit pas d'eau, l'hydrolyse de l'ester n'est donc pas possible, elle n'est donc pas limitée.

b) n(anhydride)₀ = m / M = 25 / (6 x 12 + 10 x 1 + 3 x 16) = 25 / 130 = 0,19 mol

n(alcool)₀ = m / M = 9,2 / (2 x 12 + 6 x 1 + 16) = 9,2 / 46 = 0,20 mol

L'anhydride est donc le réactif limitant. n(ester)_formé = n(anhydride)₀ = 0,19 mol

m(ester)_ester = n . M = 0,19 x 102 = 19,4 g

ex 9 p 298

1) a) CH₃–CH₂–CH₂–CH₂–OH + CH₃–COOH = CH₃–COO–CH₂–CH₂–CH₂–CH₃ + H₂O

CH₃–CH₂–CH₂–CH₂–OH + CH₃–CO–O–CO–CH₃

→ CH₃–COO–CH₂–CH₂–CH₂–CH₃ + CH₃–COOH

ester : éthanoate de butyle

b) La 1^ère réaction est lente et limitée à cause de la réaction inverse, l'hydrolyse de l'ester.

La 2^nde est rapide et totale, l'hydrolyse n'est pas possible car il n'y a pas d'eau formée.

2) a) V(anhyd.) = n . M / ρ = 0,100 x 74 / 0,81 = 9,1 mL

b) n(ester)_formé = m / M = ρ . V / M = 0,88 x 9,9 / 116 = 0,075 mol

η = n(ester)_formé / n(ester)_max = n(ester)_formé / n(alcool)₀ = 0,075 / 0,100 = 0,75 = 75 %

ex 10 p 299

a) propanoate d'éthyle : CH₃–CH₂–COO–CH₂–CH₃ groupe ester

b) On le prépare à partir d'acide propanoïque et d'éthanol.

c) CH₃–CH₂–COO–CH₂–CH₃ + HO^- → CH₃–CH₂–COO^- + CH₃–CH₂–OH

d) Cette réaction est rapide et totale.

ex 11 p 299

a) Cette réaction est une hydrolyse basique.

b) D'après l'énoncé, les produits sont le butan-1-ol et l'ion benzoate.

L'ester E est donc le benzoate de butyle : C₆H₅–COO–CH₂–CH₂–CH₂–CH₃

c) C₆H₅–COO–CH₂–CH₂–CH₂–CH₃ + HO^- → C₆H₅–COO^- + CH₃–CH₂–CH₂–CH₂–OH

d) Lors de l'étape d'extraction par un solvant organique, l'alcool passe en phase organique alors que l'ion benzoate C₆H₅–COO^- reste en phase aqueuse, il est insoluble en phase organique.

ex 12 p 299

b) oléine :

ex 13 p 299

a) Il y a un groupe ester et un groupe acide carboxylique

b) Il y a réaction acido-basique au niveau du groupe acide

CH₃–COO–C₆H₄–COOH + HO^- = CH₃–COO–C₆H₄–COO^- + H₂O

c) K = [A^-]_éq / ([HA]_éq.[HO^-]_éq)

K = ([A^-]_éq.[H₃O⁺]_éq) / ([HA]_éq.[HO^-]_éq.[H₃O⁺]_éq) = K_A/ K_e = 10^{14 – 3,5} = 10^10,5

K > 10⁴ , la réaction est donc totale, l'avancement est maximal.

d) En plus de la réaction précédente, il y a aussi l'hydrolyse basique de l'ester :

CH₃–COO–C₆H₄–COOH + 2 HO^- = HO–C₆H₄–COO^- + CH₃–COO^-

ex 15 p 300

a) m_asp= 0,500g ; s_asp= 2,5g.L^-1; m_asp= s_asp.V_min ; V_min= m_asp / s_asp= 0,5 / 2,5 = 0,20 L = 200 mL

b) M_asp = M_C9H8O4 = 9 x 12 + 8 x 1 + 4 x 16 = 180 g.mol^-1

c_asp = n / V = m / (M.V) = 0,500 / (180 x 0,2) = 0,014 mol.L^-1

c) HA + H₂O = A^- + H₃O⁺ K_A = [A^-]_éq.[H₃O⁺]_éq/ [HA]_éq 10^-3,48

on considère que la réaction est très peu avancée, [HA]_éq ≈ c et [A^-]_éq = [H₃O⁺]_éq

K_A = [H₃O⁺]_éq² / c ⇒ [H₃O⁺] = (K_A.c) ⇒ pH = ½ ( pK_A – log c)

pH = 0,5 x ( 3,48 – log 0,014 ) = 2,7

ex 16 p 300

1) a) C'est l'acide butanoïque. Le groupe caractéristique est le groupe acide –COOH

b) CH₃–CH₂–CH₂–COOH + CH₃–CH₂–CH₂–OH = CH₃–CH₂–CH₂–COO–CH₂–CH₂–CH₃ + H₂O

On obtient de l'eau et le butanoate de propyle

c) L'estérification est une réaction lente, limitée et athermique.

2) a) Les groupes caractéristiques sont 3 groupes esters

On obtient le glycérol et des ions butanoate

Cette réaction est une hydrolyse basique ou saponification, elle est rapide à chaud et totale.

c) Cette opération est appelée relargage.

savon : CH₃–CH₂–CH₂–COONa ; m_butyrine = 30,2 g ; n_butyrine = m / M = 30,2 / 302 = 0,100 mol ;

La soude est en excès et la réaction est totale. n_savon = 3 n_{butyrine 0} = 0,300 mol

m_savon = n.M = 0,300 x 110 = 33,0 g

ex 17 p 300

1) glycérol

2) oléine

3) a)

b) Cette réaction est une hydrolyse basique ou saponification.

Elle est rapide à chaud et totale. Le produit S est du savon.

c) m_oléine = 10⁶ g ; n_oléine = 10⁶ / 884 = 1130 mol ; n_S = 3 n_{oléine 0} = 3390 mol

M_S = 18 x 12 + 33 x 1 + 2 x 16 + 23 = 304 g.mol^-1 ; m_S = n . M = 3390 x 304 = 1,03.10⁶ g

Le savon a un comportement basique, l'ion R–COO^- est une base.

ex 18 p 300

a) Le chauffage sert à accélérer la réaction, le reflux permet de recondenser les vapeurs qui se forment et ainsi d'éviter la perte de matière.

b) Le relargage permet de rendre le savon moins soluble dans l'eau, de le solidifier pour le séparer du reste de la solution.

c) oléine

n₁ = n_HO^- = C_soude .V_soude = 8 x 20.10^-3 = 0,16 mol

n₂ = n_oléine = m / M = ρ . V / M = 0,90 x 11 / 884 = 0,0112 mol

La réaction est totale et l'oléine est le réactif limitant , on a donc : n_{savon max} = 3 n₂ = 0,0336 mol

m_{savon max} = n . M = 0,033 x (18 x 12 + 33 x 1 + 2 x 16 + 23) = 0,0336 x 304 = 10,2 g