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Terminale S
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Estérification et hydrolyse : état d’équilibre chimique.
I/ RAPPELS
Quelques composés caractéristiques vus en 1ere S.
O

R C
aldéhyde
H

R
R’
C
cétone
O

R - OH

R C
alcool
O
acide carboxylique
OH
R e R’ sont des groupes alkyles de formule CnH2n+1-. Nommer les groupes alkyles jusqu'à n = 5.
II/ LES ESTERS
2.1/ formule générale des esters
ou R et R’ et sont des groupes alkyles.
Exemple : donner la formule semi développée de l’éthanoate d’éthyle et du méthanoate d’éthyle.
Les esters qui ont un petit nombre d’atomes de carbone ont en général une odeur de fruit. Ils peuvent être utilisés
comme arôme.
Les esters sont présents dans les corps gras comme les huiles, les graisses. Ils permettent d’élaborer des savons et des
peintures par exemple.
2.2/ Nomenclature des esters
Le nom d’un ester comporte deux parties :

La première désigne la chaîne carbonée contenant l’atome de carbone du groupe
caractéristique. Elle dérive du nom de l’acide carboxylique correspondant dans lequel la
terminaison ‘‘oïque’’ par la terminaison ‘’oate’’.

La seconde partie désigne la chaîne carbonée liée à l’atome d’oxygène. C’est un groupe
alkyle avec la terminaison ‘‘yle’’.
Dans le cas de chaîne carbonées ramifiées, les chaînes sont numérotées à partir du groupe
caractéristique.
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Reprendre les deux exemples précédents.
+ 2-méthylpropanoate de méthyle, butanoate de méthyle, 2-méthylpropanoate de 1-méthyléthyle.
Dessiner les formules semi-développées au tableau.
III/ ESTERIFICATION ET HYDROLYSE DE L’ESTER
3.1/ La réaction d’estérification
Un ester peut être obtenu par la réaction d'un acide carboxylique avec un alcool R’OH selon
l’équation bilan :
Faire un tableau d’avancement. A partir d’un mélange équimolaire d’acide et d’alcool.
Montrer que n(ester formé) = x.
Une étude expérimentale montre que :
-
la réaction d’estérification est limitée (il est impossible d’atteindre l’avancement
maximal). xf ‹ xmax.
la réaction d’estérification est lente.
-
n(ester formé) = x
xf
temps (h)
0
0
50
100
150
200
L’état final est un état d’équilibre dans lequel coexistent l’acide, l’alcool, l’ester et l’eau.
3.2/ La réaction d’hydrolyse
L’hydrolyse est la réaction inverse de l’estérification soit :
Ester
+
eau
=
acide
+
alcool
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Faire un tableau d’avancement. A partir d’un mélange équimolaire d’eau et d’ester.
Montrer que n(ester restant) =ni(ester)- x.
Une étude expérimentale montre que :
-
la réaction d’hydrolyse est limitée (il est impossible d’atteindre l’avancement maximal).
xf ‹ xmax.
la réaction d’hydrolyse comme la réaction d’estérification est lente.
n(ester restant)
n
i
ni-xf
temps (h)
0
0
50
100
150
200
IV/ ESTERIFICATION ET HYDROLYSE : EQUILIBRE CHIMIQUE
4.1/ Notion de rendement
Le rendement  de la synthèse est donné par le quotient de la quantité finale d’ester obtenu par
la quantité maximale d’ester attendu :

n f (ester )
nmax (ester )
on l’exprime aussi en pourcentage,
 (%) 
n f (ester)
nmax (ester)
.100%
4.2/ Etat d’équilibre chimique
Les réactions d’estérification et d’hydrolyse sont l’inverse l’une de l’autre, elles se produisent
simultanément, lorsque leurs vitesses sont égales l’équilibre est atteint. Dans l’état d’équilibre l’acide,
l’alcool, l’ester et l’eau coexistent.
On peut exprimer les constantes de réactions associées à ces deux réactions inverses.
Considérons un système chimique de volume V à l’équilibre contenant l’acide, l’alcool, l’ester et l’eau.
Pour l’estérification on a :
K  Qr ,eq 
ester eq .eau eq
acideeq .alcool eq

n(ester ) eq .n(eau ) eq
n(acide) eq .n(alcool ) eq
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Pour l’hydrolyse on a :
K '  1/ K 
acide eq .alcool eq
ester eq .eau eq

n(acide ) eq .n(alcool ) eq
n(ester ) eq .n(eau ) eq
V/ CONTROLE DE LA REACTION
5.1/ Contrôle de la vitesse de réaction
5.1.a/ La température
courbes
d’estérification et
d’hydrolyse tracées
sur le même
graphique
n(ester)
2
1
1
1 > 2
hydrolyse
2
estérification
temps
La température augmente la vitesse des deux réactions opposées mais ne modifie pas l’état
d’équilibre du système.
5.1.b/ Catalyse par les ion H+
Les effets de l’ajout d’une faible quantité d’un acide fort (ions H+) sont équivalents à ceux
observés ci dessus. ( ajout d’APTS par exemple).
Définition :
Un catalyseur est une espèce qui augmente la vitesse d’une réaction chimique sans figurer dans
l’équation de la réaction et sans modifier l’état d’équilibre du système.
Remarque : il ne modifie pas l'état d'équilibre du système car il accélère à la fois les réactions
directes et inverses.
5.2/ Contrôle de l’état final, déplacement d’équilibre
Déplacer l’équilibre c’est faire évoluer le mélange vers un nouvel état d’équilibre où les proportions des
constituants sont différentes.
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On considère le système à l’équilibre Qr = K :
-
Un ajout de réactif modifie la valeur de Qr, Qr diminue , le système n’est plus à
l’équilibre, il évolue dans le sens direct.
L’élimination d’un produit modifie la valeur de Q r, Qr diminue , le système n’est plus à
l’équilibre, il évolue dans le sens direct.
Amélioration du rendementde l’estérification :
ajout d’un excès d’alcool
déplacement de
l’équilibre
alcool + acide
eau + ester
déplacement de
l’équilibre
alcool + acide
élimination de l’ester par
distillation
eau + ester
Conclusion
L’excès de l’un des réactifs et / ou l’élimination de l’un des produits déplace l’état d’équilibre du
système dans le sens direct.
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