DM de Chimie : Estérification et Hydrolyse

[invitefe34e79f]

Bonjour,

Je viens vous voir aujourd'hui car j'ai un problème dans mon DM de chimie (TS) pour la semaine prochaine et j'aimerais qu'on puisse me débloquer.

L'exercice traite du salicylate de méthyle.

Voilà l'énoncé :

Le salicylate de méthyle est synthétisé à partir de l'acide salicylique (noté ) et du méthanol. Dans un ballon, on introduit 27,6 g d'acide salicylique (soit 0,200 mol) et 72,0 g de méthanol, on ajoute 15,0 mL d'acide para-tuolène sulfonique servant de catalyseur. On chauffe à reflux en agitant.

S'en suit une série de questions sur l'équation de la réaction, les facteurs cinétiques, le principe du chauffage à reflux, des facteurs cinétiques, et de l'intérêt des proportions initiales.
Tout cela, je l'ai fait.

L'expérience ayant été réalisée dans les conditions précisées au début de l'exercice, la quantité d'acide salicylique non estérifiée est négligeable lorsque que l'équilibre final est atteint.
Pour suivre l'évolution de la transformation au cours du temps, on prélève toutes les 15 minutes, 1,00mL du mélange réactionnel, supposé homogène. On titre chaque échantillon par une solution d'hydroxyde de sodium de concentration 6,0 mol.l^-1 en présence de phénolphtaléïne. On considère dans ces conditions de titrage que tout l'acide para-tuolène sulfonique et l'acide carboxylique sont neutralisés simultanément. On obtient les volumes Vb de solution d'hydroxude de sodium versés à l'équivalence suivants pour chaque prélévements (1 à 7)

Le tableau :
1 : Vb=24,0 mL
2 : Vb=19,0 mL
3 : Vb=16,5 mL
4 : Vb=15,5 mL
5 : Vb=15,0 mL
6 : Vb=14,9 mL
7 : Vb=14,9 mL


Les questions :

1. Comment évolue l'acidité du milieu réactionnel ? Que peut-on en déduire ?
Moins de soude pour titrer au cours du temps donc acidité baisse. On en déduis que la réaction se fait dans le sens direct. (Je vois pas trop ce qu'on peut en déduire).

2.A quel moment peut-on considérer la réaction comme terminée ? Justifier la réponse
C'est là que ça commence à bloquer : Je me suis dit, il y a 15 ml d'acide n'intervenant pas dans la réaction, donc au temps 5 (Vb=15,0 ml) la réaction ne titre que le catalyseur donc elle est finit. Or ceci n'est valable que si 1mL de base va avec 1mL d'acide. De plus je ne comprend pas comment avec 1 mL de solution du milieu réactionnel, il faut Vb > 10 mL.

3. Quel est le rôle des 14,9 mL de réactif titrant qu'il est nécessaire d'ajouter dans les prélèvements 6 et 7?
Je dirais à titrer le catalyseur, mais je trouve ça bizarre...

4. Pour chaque prélèvement calculer la quantité d'ester formé et tracer son évolution en fonction du temps.
Je pense qu'il faut utiliser le titrage pour obtenir la quantité d'acide salicylique et ensuite on obtient facilement la quantité d'ester. Or, je ne voie pas comment avec 1 mL du mélange réactionnel, je peux en déduire ça.

5. En déduire l'évolution de la quantité de matière d'acide salicylique en fonction du temps
Bah... Si je dois en déduire, je peux donc pas utiliser ma méthode dans la 4.

6. Calculer le taux d'avancement final de cette réaction
Il me manque plus que les données que je n'ai pas n'ayant pas pu répondre aux questions précédentes.


Bref, une ou deux questions me bloquent tout l'exercice... Je viens donc vous demander un coup de pouce



Merci beaucoup et bonne journée/soirée/nuit (Entourer la mention utile)
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[HarleyApril]

Bonjour
Tu as bien compris le principe, l'acidité diminue du fait de la consommation de l'acide carboxylique au cours de la réaction et, à la fin, il ne reste que l'acide sulfonique qui sert de catalyseur.
Par contre, 15mL d'acide para-toluènesulfonique me fait penser à une coquille.
Déjà, ça ferait beaucoup pour un catalyseur. Ensuite, cet acide est un solide.
Il doit donc s'agir d'une solution.

Cordialement

[invitefe34e79f]

Je n'ai que recopié l'énoncé, n'ayant aucune autre indication. Donc, je sais pas : Les questions sont-elles faisable avec ces données ?

Merci.

[invite4bf7373f]

la première question...
Je pense que tu as bien compris, mais que dans l'esprit, le prof attend un truc du genre : l'acidité du milieu réactionnel baisse, on peut en conclure que l'acide salycilique, est consommé... et la réaction évolue, et effectivement qu'elle évolue dans le sens attendu.

La deuxième question...
Effectivement, tu as un acide qui joue le rôle de catalyseur... mais si celui-ci réagit avec la soude, comme tu prélèves toujours 1 mL de milieu réactionnel, et que c'est un catalyseur, sa concentration n'est pas censée changer (normalement, il intervient au cours du mécanisme, donc à une échelle de temps très courte... donc en gros, si tu regardes avant réaction, que tu as une mole de réactif, une mole de catalyseur, après réaction, tu auras toujours une mole de catalyseur, quelle que soit la réaction... bref, je ne sais pas si je suis claire, mais mon idée, c'est que la concentration du catalyseur ne change pas...) si tu n'avais que la catalyseur, le volume de soude pour le titrage, ne changerait pas! ça veut donc bien dire que l'évolution de ton volume titrant, et du à la consommation du réactif... Or, à partir du 6ème prélèvement, ton volume titrant ne change plus... donc ta quantité d'acide salycilique non plus, ta réaction semble avoir atteint un équilibre...

maintenant, est-ce que tu ne titres que le catalyseur? pour la savoir, il faut "raisonner" en quantité de matière, à partir des concentrations... 14,9mL de soude, à 6,0 mol/L, ça représente quelle quantitée de matière... 15 mL d'acide para toluène sulfonique, ça représente quelle quantitée de matière... tu compares... si tu as la même quantitée de matière, tu peux t'avancer en disant que non seulement tu as atteint un équilibre, mais en plus, ta réaction de synthèse serait totale...

Pour le Vb> 10 mL, pour un titrage d'1mL de solution... je trouve ça aussi, assez énorme... même si ça n'est pas impossible... là encore, il faut raisonner en quantitée de matière... si tu verses un volume équivalent de 10 mL d'une solution à 1 mol/L, ça revient au même que si tu as un volume équivalent de 10 000 mL (soit 10L) d'une solution à 10-3 mol/L... La concentration a beaucoup d'importance! là, où par contre, je suis surprise, c'est qu'avec une solution à 6,0 mol/L de soude, on se retrouve plutôt dans le premier cas, et j'aurais aussi attendu un volume plus faible... à moins qu'il n'y ait une erreur d'énoncé? (lol, mais j'avoue que la plupart du temps, on commence à penser à ça... et au final, l'erreur ne vient pas du prof... ^^)

question 3
j'ai du donner les pistes plus haut...

question 4
Je pense que ta méthode est la bonne, tu détermines, grâce au titrage, et en déduisant la part de soude consommée par le catalyseur, la quantitée d'acide salycilique restant... à partir de là, tu sais ce qui a été consommé en acide salicylique... et donc ce qui a été formé en ester... (par contre, attention, ton volume total change après chaque prélèvement... donc je te conseilles de raisonner en quantités de matières toujours... après ton titrage, admettons, tu trouves qu'il y avait 1 mol d'acide salicylique dans tes 1 mL, tu as admettons un volume initial de 30 mL avant prélèvement... si tu trouves une mole dans 1 mL, tu en avais 30 mol initialement... et pour si tu veux en déduire la concentration, tu divises le nombre de moles par ton volume... je ne t'apprends rien ici je pense... le prélèvement suivant, tu trouves 0.5 mol, dans tes 1 mL, mais initialement, tu n'avais plus que 29 mL de milieu réactionnel, donc tu as 29*0.5= 14,5 mol, dans 29 mL... soit une concentration de 0.5mol/mL...

question 5
Arf, un problème récurrent... euh, étant partie sur le même raisonnement que toi, je ne vois pas trop comment "en déduire"... là, il doit y avoir une idée mystique de prof derrière tout ça lol. Alors, je n'ai pas la réaction en tête, mais si tu as une réaction, qui produit une mole 'ester à partir d'une mole d'acide salicylique, ou même s'il y a un rapport, tu peux simplement faire le lien entre les deux, à partir du rapport... ouep, quoi que... non, tu l'auras également utilisé dans le 4... alors, là, je bug! ^^ dsl

question 6
je pense que là, tu avais besoin des réponses précédentes, et que ça devrait aller... sinon relances le sujet

Voilà, je t'ai donné des pistes plutôt que des réponses j'espère que ça t'aidera... et que mes années lycées ne sont pas encore trop loin, et que j'aurais pas raconté trop de bêtises du coup...

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite4bf7373f]

effectivement, température de fusion de l'acide para-toluène sulfonique... 106°C... c'est un peu bizarre lol... après, même si ça rend l'expérience support du DM "douteuse", ça ne veut pas dire que l'exercice n'est pas faisable... donc, oui, je pense à une coquille aussi de ce côté, mais non, je ne pense pas que ça te dispense d'une longue soirée de travail sur ton DM... ^^

[invitefe34e79f]

Il y a juste une chose qui m'embête :

Je n'ai aucune info sur l'acide para-toluène sulfonique : Pas de formule, pas d'indication sur la quantité de matière donc rien... juste un nom

15 mL d'acide para toluène sulfonique, ça représente quelle quantitée de matière

Donc ça, je sais pas comment faire.

Cependant, je te remercie beaucoup de ton aide. J'y vois un peu plus claire, je vais travailler sur toutes les données et je reviendrais poster ce que j'ai trouvé.

Merci.

[invitefe34e79f]

Bon je reviens avec des éléments de réponse :

1 et 2 c'est bon (je garde mes réponses)
3.Rôle des 14,9 mL : Titrage du catalyseur.
4.Je part du principe que n(produit)=n(R-CO2H)to - n(R-CO2H)t
Avec n(R-CO2H)t = n(Soude)t = C(soude) * (Vbt-14,9)

En effet, étant donnée qu'il reste 14,9 mL à la fin de la réaction, j'en déduis qu'a t=0, il y a 24-14,9 = 9,1 ml de R-CO2H.

5. La quantité diminue
6. t=nf/nmax=200/200=1 (ça me parait bizarre).

Merci à tous pour votre aide.