Synthèse de l’acétate d’éthyle
Comprendre la Synthèse de l’acétate d’éthyle
Dans un laboratoire de chimie organique, un chimiste souhaite préparer de l’acétate d’éthyle par réaction d’estérification entre l’acide acétique et l’éthanol. La réaction, en présence d’un catalyseur acide (souvent H₂SO₄), s’écrit selon l’équation:
\[ \mathrm{CH_3COOH + CH_3CH_2OH \rightarrow CH_3COOCH_2CH_3 + H_2O} \]
Cette réaction se réalise selon un rapport molaire de 1:1 entre l’acide acétique et l’éthanol.
Données expérimentales:
- Masse d’acide acétique utilisée : 60,0 g
- Masse d’éthanol utilisée : 46,0 g
- Masse molaire de l’acide acétique (CH₃COOH) : 60,05 g/mol
- Masse molaire de l’éthanol (CH₃CH₂OH) : 46,07 g/mol
- Masse molaire de l’acétate d’éthyle (CH₃COOCH₂CH₃) : 88,11 g/mol
- Rendement expérimental de la réaction : 75%
Questions:
1. Déterminer le réactif limitant.
2. Calculer la quantité théorique de produit (acétate d’éthyle) en moles et en grammes.
3. Si le rendement expérimental est de 75 %, calculer la masse d’acétate d’éthyle réellement obtenue.
Correction : Synthèse de l’acétate d’éthyle
Étape 1 : Calcul de la quantité de matière de l’acide acétique
On calcule le nombre de moles d’acide acétique en utilisant la relation entre masse, masse molaire et quantité de matière.
Formule :
\[ n = \frac{m}{M} \]
Données :
- Masse d’acide acétique, \( m = 60,0 \,\text{g} \)
- Masse molaire de l’acide acétique, \( M = 60,05 \,\text{g/mol} \)
Calcul :
\[ n_{\text{acide}} = \frac{60,0 \,\text{g}}{60,05 \,\text{g/mol}} \] \[ n_{\text{acide}} \approx 0,999 \,\text{mol} \quad (\text{arrondi à } 1,00 \,\text{mol}) \]
Étape 2 : Calcul de la quantité de matière de l’éthanol
De même, on calcule le nombre de moles d’éthanol.
Formule :
\[ n = \frac{m}{M} \]
Données :
- Masse d’éthanol, \( m = 46,0 \,\text{g} \)
- Masse molaire de l’éthanol, \( M = 46,07 \,\text{g/mol} \)
Calcul :
\[ n_{\text{éthanol}} = \frac{46,0 \,\text{g}}{46,07 \,\text{g/mol}} \] \[ n_{\text{éthanol}} \approx 0,999 \,\text{mol} \quad (\text{arrondi à } 1,00 \,\text{mol}) \]
Étape 3 : Identification du réactif limitant
La réaction se déroule avec un rapport molaire de 1:1. Nous comparons donc les quantités de moles obtenues pour chacun des réactifs.
Données :
- \( n_{\text{acide}} \approx 1,00 \,\text{mol} \)
- \( n_{\text{éthanol}} \approx 1,00 \,\text{mol} \)
Calcul / Conclusion :
Comme les deux réactifs sont présents en quantités équimolaires, \textbf{aucun réactif n’est en excès} ; ils se limitent mutuellement. Pour le calcul théorique, on peut utiliser l’un des deux, ici \( n = 1,00 \,\text{mol} \).
Étape 4 : Calcul de la quantité théorique de produit (acétate d’éthyle)
L’équation indique que 1 mole d’acide acétique réagit avec 1 mole d’éthanol pour produire 1 mole d’acétate d’éthyle. Ainsi, la quantité théorique en moles de produit est égale à la quantité de réactif limitant.
Données :
- \(n_{\text{réactif limitant}} = 1,00 \,\text{mol}\)
Calcul :
\[ n_{\text{théorique (acétate d’éthyle)}} = 1,00 \,\text{mol} \]
Étape 5 : Calcul de la masse théorique d’acétate d’éthyle
On détermine la masse théorique du produit en multipliant sa quantité en moles par sa masse molaire.
Formule :
\[ m = n \times M \]
Données :
- \( n = 1,00 \,\text{mol} \)
- Masse molaire de l’acétate d’éthyle, \( M = 88,11 \,\text{g/mol} \)
Calcul :
\[ m_{\text{théorique}} = 1,00 \,\text{mol} \times 88,11 \,\text{g/mol} \] \[ m_{\text{théorique}} = 88,11 \,\text{g} \]
Étape 6 : Calcul de la masse réelle obtenue (rendement de 75 %)
Le rendement expérimental indique la fraction de produit effectivement obtenue par rapport à la masse théorique.
Formule :
\[ m_{\text{réel}} = m_{\text{théorique}} \times \frac{\text{Rendement}}{100} \]
Données :
- \( m_{\text{théorique}} = 88,11 \,\text{g} \)
- Rendement = 75 %, donc \( \frac{75}{100} = 0,75 \)
Calcul :
\[ m_{\text{réel}} = 88,11 \,\text{g} \times 0,75 \] \[ m_{\text{réel}} = 66,0825 \,\text{g} \quad (\text{arrondi à } 66,08 \,\text{g}) \]
Synthèse de l’acétate d’éthyle
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