EXERCICE 1

On réalise un mélange équimolaire contenant 0,3 mol d’éthanoate d’éthyle et 0,3 mol d’eau

additionné de quelques gouttes d’acide sulfurique concentré . On partage le mélange et on obtient

alors 2 échantillons identiques (A) et (B) .

On relève le nombre de moles d’ester restant en fonction du temps dans chaque échantillon .

1°) Expliquer l’écart entre les deux courbes relatives aux échantillons (A) et (B) .

2°) Déterminer la vitesse de la réaction à l’instant de date t = 40 min pour l’échantillon (B) .

3°) Déterminer la composition du système de l’échantillon (A) à l’instant de date t = 20 min .

4°) A quel instant [[[[ester]]]] = 3.[[[[acide]]]] dans l’échantillon (A) ?

5°) Déterminer la constante d’équilibre du système :

CH3CO2C2H5 + H2O CH3CO2H + C2H5OH

Réponse : 1°) Les 2 échantillons (A) et (B) sont identiques ⇒ l’écart est dû à la différence de température ;

TA > TB car l’éq. a été atteint plus rapidement pour (A) que pour (B) .

2°) v(t) =dt

dx=-

dt

dnester =0)min-

0,22)mo-

40(

26,0( l soit v(t) = 10-3 moℓ.min-1 .

3°) Ester + Eau Acide + Alcool

t=0 0,3 0,3 0 0 (moℓ)

t qqe. 0,3-x 0,3-x x x (moℓ)

D’après la courbe , à t=20 min , (nest.)20 = (neau)20 = 0,245 moℓ .

Donc , 0,3-x = 0,245 ⇒ x=0,055 moℓ soit (nac.)20 = (nal.)20 = 0,055 moℓ .

4°) [ester] = 3.[acide] ⇒V

n .est =3V

n .ac⇒ nest. = 3.nac. ⇒ 0,3-x = 3.x ⇒ x = 0,075 moℓ

D’où , nest. = 0,3-0,075 = 0,0225 moℓ t = 35 min . 5°) A léq. 0,3-x = 0,2 ⇒ x = 0,1 moℓ .

D’où , (nest.)éq. = (neau)éq. = 0,2 moℓ et (nac.)éq. = (nal.)éq. = 0,1 mol .

K =[ ] [ ]

[ ] [ ] .éqéq

éq.éq

eau..est

.al..ac= 2

.est

.ac )n

n( = 2)

2,0

1,0( soit K = 0,25 .

nester ( moℓℓℓℓ )

t ( min )

20 40 60 80 100 120 140 0 0,15

0,20

0,25

0,30

(A)

(B)

d’après la courbe

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EXERCICE 2

A la date t = 0 , dix erlenmeyers , contenant chacun 0,04 mole d’éthanol C2H5OH et b mole

( b >>>> 0,04 ) d’acide éthanoïque CH3COOH et surmontés chacun d’un tube capillaire , sont placés

dans un bain-marie à une température constante et égale à 60°C selon le schéma de la figure-1- .

1°) a) Préciser le rôle du tube capillaire .

b) Ecrire l’équation de la réaction .

2°) Décrire avec précision le protocole expérimental permettant de tracer la courbe ci-dessous

de la figure -2- représentant les variations du nombre de moles d’ester dans chaque tube

en fonction du temps .

3°) Quels caractères de la réaction sont mis en évidence à partir du graphe ci-dessus ?

4°) Sachant que la constante d’équilibre à 60° C associée à la réaction d’estérification étudiée

est K = 4 , déterminer la valeur de b .

5°) a) Définir la vitesse instantanée de la réaction .

b) Déduire à partir du graphe de la figure -2- sa valeur à la date t = 50 min .

c) Quelle est sa valeur à une date t >>>> 110 min ? Justifier votre réponse . Réponse : 1°) a) Le rôle du tube capillaire c’est d’empêcher l’évaporation .

b) CH3COOH + C2H5OH CH3COOC2H5 + H2O

2°) Dosage à différents de l’acide restant par une solution de soude de concentration connue .

( voir T.P. )

3°) � Acide + Alcool Ester + Eau

t=0 b 0,04 0 0 (moℓ)

t qqe. b-x 0,04-x x x (moℓ)

D’après la courbe , (nester)∞ = 0,032 moℓ ⇒ (nalcool)∞ = 0,04-0,032=0,008 moℓ ≠0 Donc , le réactif en défaut ( ici l’alcool ) n’a pas disparu en fin de réaction ⇒ la réaction

est limitée

� L’équilibre est atteint au bout d’un temps égal à 110 min ⇒ la réaction est lente

4°) D’après la courbe , (nester)éq. = 0,032 moℓ = x .

D’où , (nacide)éq. = b – 0,032 ; (nalcool)éq. = 0,04 – 0,032 = 0,008 moℓ et (nester)éq. = (nester)éq. = 0,032 mol .

A l’éq. , .éqalcool.éqacide

.éqeau.éqester

)n.()n(

)n.()n(= 4 ⇒

080,032).0,0-b(

032,0 2

= 4 ⇒ b = 0,0084×

032,0 2

+ 0,032

soit b = 0,064 moℓ

tube capillaire

bain-marie à 60°C

figure -1-

1 2 9 10

0,032

0,025

0,016

0 50 100

t ( en min )

nester ( en mo ℓℓℓℓ )

figure -2-

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5°) a) v(t) =dt

dx=

dt

dnester

b) D’après la courbe , v(t) = dt

dn .est =0)min-

0,016)mo-

50(

025,0( l= 18.10-5 moℓ.min-1 .

c) Pour t > 110 min , la composition du système ne varie plus ⇒ v(t) = 0

EXERCICE 3

A la date t = 0 , dix erlenmeyers , contenant chacun 0,24 moℓℓℓℓ d'éthanoate d'éthyle

CH3COOC2H5 et 0,60 moℓℓℓℓ d'eau et surmontés chacun d’un tube capillaire , sont placés dans

un bain-marie à une température constante et égale à θθθθ1 = 60°C selon le schéma de la figure -1-

.

A différentes dates , on retire un erlenmeyer du bain-marie , on lui ajoute de l'eau glacée

pour bloquer l'évolution de la réaction , puis on dose la quantité d'acide formé avec une solution

de soude .

Ceci permet de tracer la courbe de variation du nombre de moles d'ester restant au cours

du temps nester = f(t) représentée sur la figure -2- .

1°) Décrire brièvement le protocole expérimental , permettant de suivre l’évolution de cette

réaction au cours du temps .

2°) a) Préciser le rôle du tube capillaire .

b) Ecrire l’équation de la réaction .

3°) Définir la vitesse instantanée de la réaction et déterminer sa valeur à l'instant de date t1=2h .

4°) a) Déterminer la composition du système à l’équilibre dynamique .

b) En déduire que la constante d'équilibre à 60°C associée à la réaction d'hydrolyse

étudiée est K = 0,25 .

5°) Par un moyen approprié , on extrait 0,06 moℓℓℓℓ d’ester à ce système en équilibre . On

supposera que le volume reste constant au cours de cette opération .

a) Comment évolue le système ? Justifier .

b) Déterminer la nouvelle composition du mélange lorsque le nouvel état d’équilibre est atteint .

6°) L'expérience précédente est refaite dans les mêmes conditions expérimentales , mais

à 40°C .

Tracer approximativement , en justifiant votre réponse , la nouvelle allure de la courbe

nester (t) sur le même graphique de la figure -2- « à remplir par le candidat et à remettre

avec la copie » .

1 2 9 10 figure -1- 1

2

9

10 bain-marie

à 60°C

tube capillaire

Figure -2-

0,24

0,19 0,16 0,12

t ( en h )

nester ( en moℓℓℓℓ )

0

5

10

15

20

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Réponse : 1°) Pour suivre l’évolution de cette réaction , il suffit de doser à différentes dates l’acide

formé par une solution de soude de concentration connue .

2°) a) Le rôle du tube capillaire c’est de laisser le mélange réactionnel au contact de l'air libre

afin d'éviter tout risque d'expérimentation et de condenser les vapeurs et d'empêcher

que l'un des constituants du mélange réactionnel ne s'échappe .

b) CH3COOC2H5 + H2O CH3COOH + C2H5OH

3°) v(t) =dt

dx=

dt

dnester =dt

dx=-

dt

dnester soit v(t) = h)0-2(

0,16)mo-19,0( l= 1,5.10-2 moℓ.h-1

4°) a) Ester + Eau Acide + Alcool

t=0 0,24 0,60 0 0 (moℓ)

t qqe. 0,24-x 0,60-x x x (moℓ)

D’après la courbe , (nester)éq. = 0,12 moℓ ⇒ 0,24-x = 0,12 ⇒ x = 0,12 moℓ

Donc , (nester)éq. = (nacide)éq. = (nalcool)éq. = 0,12 moℓ et (neau)éq. = 0,48 moℓ

b) K =.éq.éq

.éq.éq

]eau.[]ester[

]alcool.[]acide[ =

.éqeau.éqester

.éqalcool.éqacide

)n()n(

)n()n(=

48,0×12,0

)12,0( 2

soit K = 0,25

5°) a) Si nester � à volume constant , [ester] � ⇒ π � ⇒ π > K ⇒ sens inverse ( estérification) . b) Ester + Eau Acide + Alcool

t=0 0,06 0,48 0,12 0,12 (moℓ)

t qqe. 0,06+x 0,48+x 0,12-x 0,12-x (moℓ)

A l’éq. dynamique , )48,0+x).(06,0+x(

)x-12,0( 2

=0,25 ⇒ 0,75x2-0,375x+0,0072=0

( avec 0 < x < 0,12 ) x’=0,48 mol ( à rejeter ) ; x’’=0,02moℓ

Donc , (nester)éq. = 0,08 moℓ ; (neau)éq. = 0,48 moℓ et (nacide)éq. = (nalcool)éq. = 0,10 moℓ

6°) La réaction d’hydrolyse étant

athermique , donc K ne change

pas ⇒ on atteint le même état

d’équilibre mais plus lentement

car la température est un

facteur chimique .

EXERCICE 4

A la date t = 0 , dix erlenmeyers , contenant chacun 1 mole d'éthanoate d'éthyle

CH3COOC2H5 et 2,5 moles d'eau et surmontés chacun d’un tube capillaire , sont placés dans

un bain-marie à une température constante et égale à θθθθ1 = 60°C selon le schéma de la figure -1-

.

0,24

0,12

0

5

10

15

20

t ( en h )

nester ( en moℓℓℓℓ )

T2 = 40°C

T1 = 60°C

1 2 9 10 figure -1- 1

2

9

10 bain-marie

à 60°C

tube capillaire

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A différentes dates , on retire un erlenmeyer du bain-marie , on lui ajoute de l'eau glacée

pour bloquer l'évolution de la réaction , puis on dose la quantité d'acide formé avec une solution

de soude de concentration molaire CB = 2 moℓℓℓℓ.L-1 .

1°) a) Ecrire l’équation de cette réaction en utilisant les formules semi-développées .

b) Rappeler les caractères de cette réaction .

2°) a) Déterminer la composition du système à l’équilibre dynamique sachant

que (neau)éq.= 4.(nester)éq..

b) En déduire que la constante d'équilibre à 60°C associée à la réaction d'hydrolyse

étudiée est K = 0,25 .

c) Déterminer la valeur du volume VB de la solution de soude nécessaire au dosage de

la quantité d’acide formé à l’équilibre dynamique .

Ce volume VB serait-il supérieur , inférieur ou égal , si on travaillait à une température

inférieure à 60°C ? Justifier .

3°) Au mélange obtenu à l’équilibre dynamique , on ajoute 1,5 mole d’éthanoate d’éthyle .

a) Comment évolue le système ? Justifier .

b) Déterminer la nouvelle composition du mélange lorsque le nouvel état d’équilibre est

atteint .

Réponse :

1°) a) CH3COOC2H5 + H2O CH3COOH + C2H5OH

b) Cette réaction est limitée , lente et athermique .

2°) a) Ester + Eau Acide + Alcool

t=0 1 2,5 0 0 (moℓ)

t qqe. 1-x 2,5-x x x (moℓ)

D’après (neau)éq. =4.(nester)éq. ⇒ 2,5-x = 4.(1-x) ⇒ x = 0,5 moℓ

Donc , (nester)éq. = 0 ,5 mol ; (neau)éq. = 2 moℓ et (nacide)éq. = (nalcool)éq. = 0,5 moℓ

b) K =.éq.éq

.éq.éq

]eau.[]ester[

]alcool.[]acide[ =

.éqeau.éqester

.éqalcool.éqacide

)n()n(

)n()n(=

5,0×2

)5,0( 2

soit K = 0,25

c) Au point d’équivalence , nacide =CB.VB ⇒ VB =B

acide

C

n=2

5,0 soit VB = 0,25 L

3°) a) π0 = 0eau0ester

0alcool0acide

)n.()n(

)n.()n( .

Donc , si nester � ,π � ⇒ π0 < K ⇒ le système évolue spontanément dans le sens direct ( hydrolyse) .

b) Ester + Eau Acide + Alcool

t=0 2 2 0,5 0,5 (moℓ)

t qqe. 2-x 2-x 0,5+x 0,5+x (moℓ) ( avec 0 < x < 2 )

A l’éq. dynamique , 2

2

)x-2(

)x+5,0(=0,25 ⇒

)x-2(

)x+5,0(= 25,0 =0,5 ⇒ x=

3

1=0,33 moℓ.

Donc , (nester)éq. = (neau)éq. = 1,67 moℓ et (nacide)éq. = (nalcool)éq. = 0,83 moℓ

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