Chimie- exercitation sur l'hydrolyse basique des esters, Exercices de Chimie
Renee88
Renee8823 April 2014

Chimie- exercitation sur l'hydrolyse basique des esters, Exercices de Chimie

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Exercitation de chimie sur l'hydrolyse basique des esters. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Cinétique de la saponification du méthanoate d'éthyle, Mesures des conductances et calculs de l'avancement en fo...
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Hydrolyse basique des esters (6,5 points)

2004/09Antilles EXERCICE II. HYDROLYSE BASIQUE DES ESTERS (6,5 points)

1. Cinétique de la saponification du méthanoate d'éthyle

On étudie la cinétique de la réaction d'hydrolyse basique d'un ester, le méthanoate d'éthyle par la mesure

de la conductance du mélange de méthanoate d'éthyle et de solution d'hydroxyde de sodium NaOH (ou

soude) en fonction du temps.

Protocole expérimental :

On verse dans un becher une solution d'hydroxyde de sodium (ou soude) de concentration

C0 = 1,00.10 –2 mol . dm -3.

On plonge la cellule conductimétrique dans la solution et on met en marche l'agitation.

On mesure la conductance initiale G0 à un instant que l'on désigne par t0.

On ajoute alors rapidement le méthanoate d'éthyle, en quantité égale à celle de la soude initiale.

On mesure la conductance de la solution en fonction du temps. Les mesures sont reportées dans le

tableau 1.

Tableau 1 : Mesures des conductances et calculs de l'avancement en fonction du temps :

t (min) 0 3 6 9 12 15 45 Fin de

réaction

G (mS) ? 2,16 1,97 1,84 1,75 1,68 1,20 1,05

Avancement

x (mmol) 0 0,46 0,72 0,90 1,00 1,10 1,70 2,00

Données :

L'équation de la réaction étudiée est :

HCO2 – CH2 – CH3 + HO– = HCO2– + CH3 – CH2 – OH

À un instant t la conductance du mélange est donnée par la relation :

Gt = k×( Na  × [Na+] + HO

 × [HO–] +  2HCO

 × [HCO2–] )

avec k la constante de cellule, k = l

S = 0,01 m et la conductivité molaire ionique.

Les conductivités molaires ioniques de quelques ions à 25°C sont données dans le tableau ci-dessous :

ion Na+(aq) HO–(aq) HCO2–(aq)

en S.m².mol-1 5,01.10 –3 19,9.10 –3 5,46.10 –3

Remarques :

Le volume de méthanoate d'éthyle est négligeable devant le volume V d'hydroxyde de sodium.

Le volume du mélange est égal à 200 cm3 et la concentration C0 = 1,00.10 –2 mol.dm -3.

La solution d'hydroxyde de sodium étant nettement basique on négligera la présence des ions H3O+

devant les autres ions du mélange réactionnel.

Questions :

Soient n0 la quantité de matière initiale d'ions hydroxyde et d'ions sodium et n0 la quantité de matière

initiale de méthanoate d'éthyle.

1.1. On considère la solution d'hydroxyde de sodium de volume V à l'instant t0.

1.1.1. Donner la concentration des ions dans cette solution à cet instant.

1.1.2. Montrer que la conductance G0 peut s'écrire : G0 = V

k .n0 . ( Na

 + HO  ) (1)

1.1.3. En utilisant les unités conventionnelles du Système International, calculer la valeur de G0.

1.2. On note x, l'avancement de la réaction à un instant t. Compléter le tableau d'avancement qui figure

sur l'annexe 2 en indiquant les quantités de matière en fonction de x. L'annexe 2 est à rendre avec la

copie.

1.3. On étudie la conductance de la solution en fonction du temps.

1.3.1. Montrer que la conductance du mélange à un instant t en fonction des quantités de matière

initiales et de l'avancement x peut s'écrire :

Gt = V

k [ Na  . n0 + HO

 . (n0 – x) +  2HCO

 . x ] (2)

On veut montrer que la mesure de la conductance Gt permet de connaître l'avancement x en établissant

une relation simple entre Gt et x.

1.3.2. Simplifier l'expression (2) pour montrer qu'on peut écrire Gt sous la forme Gt = a.x + b (3),

a et b étant des constantes qui contiennent les conductivités molaires ioniques et les quantités de

matière initiales n0.

1.3.3. À quelle grandeur correspond le coefficient b ? Quel est le signe de la constante a ?

1.3.4. Quelle serait l'allure de la représentation graphique Gt en fonction de x (relation (3)) ?

1.4. La relation (3) a permis de calculer les valeurs de l'avancement x qui sont indiquées dans le tableau 1

précédent.

1.4.1. Tracer la courbe donnant les variations de x en fonction du temps.On prendra comme échelle en abscisse 1 cm pour 3 min et en ordonnée 1 cm pour 0,20 mmol.

1.4.2. Donner la définition de la vitesse volumique de la réaction et préciser comment on la

déterminerait à un instant t.

1.4.3. Comment varie la vitesse de la réaction étudiée ?

1.4.4. Définir le temps de demi-réaction. Évaluer graphiquement ce temps.

2. Quelques réactions de saponification

L'hydrolyse basique des esters est utilisée dans l'industrie pour préparer des alcools à partir des

substances naturelles. Elle connaît aussi des applications dans le domaine médical mais la principale

reste toutefois la fabrication des savons.

Le palmitate d'hexadécyle est le principal constituant du blanc de baleine (cire animale).

Berthelot préparait l'alcool cétylique (hexadécanol) par saponification du blanc de baleine. Au cours de

cette réaction, il se forme aussi le palmitate de sodium de formule CH3–(CH2)14–COONa.

Certains fils de suture utilisés en chirurgie sont des polyesters de l'acide lactique. Leur hydrolyse dans

l'organisme permet de les résorber sans danger car l'hydrolyse redonne l'acide lactique

CH3–CH(OH)–CO2H.

Questions :

2.1. Reconnaître et nommer dans chacun des composés ci-dessous les fonctions organiques.

hexadécanol acide lactique palmitate d’hexadécyle

C15H31CH2OHCH3–CH(OH)–CO2HCH3–(CH2)14–COO–(CH2)15–CH3

2.2.On réalise la réaction de saponification du palmitate d'hexadécyle.

2.2.1. Montrer que la réaction conduit à la formation du palmitate de sodium : CH3–(CH2)14–COONa.

2.2.2. Définir les termes hydrophile et hydrophobe. Indiquer les parties hydrophile et hydrophobe dans la formule de l'ion CH3–(CH2)14–COO–

ANNEXE 2 à rendre avec la copie

Tableau 2 : Tableau d'avancement

équation chimique H–CO2–CH2–CH3 + HO– = HCO2– + CH3–CH2–OH

État du

système

Avancement

(mol) Quantités de matière (mol)

État initial 0 n0 n0 0 0

État

intermédiaire x

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