Etude de la cinétique de la réaction d'hydrolyse de l'acétate d'éthyle par dosage.

L'addition d'une solution de soude à une solution d'acétate d'éthyle CH₃COOC₂H₅ entraîne la réaction d'hydrolyse :

CH₃COOC₂H₅ + OH^-    CH₃COO^- + C₂H₅OH

On opère à la température ambiante (un thermomètre permet de la mesurer), et on s'intéresse aux premiers instants de la réaction. Dans ces conditions, les concentrations en ions acétate et en éthanol restent suffisamment faibles pour que la réaction inverse puisse être négligée.

 

Vortex due à l'agitation.

A l'instant t = 0, on ajoute la solution de soude à celle d'ester sous agitation. Pour faire cette agitation, on utilise un agitateur magnétique et un barreau aimanté.

A intervalles de temps réguliers, on prélève une partie du mélange réactionnel au moyen d'une pipette de 10 mL et d'une pro-pipette. Cette prise d'essai est rapidement vidée dans un erlenmeyer contenant de l'acide chlorhydrique en excès par rapport à la base restante prélevée. Le temps est relevé lorsque la pipette est à demi-vidée. Ce compromis résulte de ce que l'avancement de la réaction continue d'augmenter pour la solution restant dans la pipette, contrairement à la solution qui a été libérée, et qui se trouve figée par acidification.

Les erlenmeyers numérotés destinés à recevoir les prises d'essai contiennent initialement 100 mL d'une solution de HCl 0,01 M (soit 10^-3 mol d'ions H₃O⁺) et 2 gouttes de phénolphtaléine, incolore dans ces conditions.

Le mélange réactionnel est formé par mélange de 100 mL d'une solution d'acétate d'éthyle 0,1 M et de 100 mL d'une solution de soude 0,1 M.
10 mL de ce mélange contiennent 5.10^-4 mol d'ions OH^-, à t = 0. Cette quantité diminue dans le temps en raison de la consommation de cette espèce par la réaction de saponification.

Des dosages par retour, permettent de déterminer la quantité de soude consommée.

Avant virage

Après virage

Dosage de l'excès d'acide.
Le point équivalent de ce doasge correspond au virage de la phenolphtalëine.

Les volumes V_NaOH de solution de soude 0,1 M nécessaires aux dosages des excès d'acide présents dans les erlenmeyers sont reportés dans le tableau : La concentration C_t de soude dans le mélange réactionnel au temps t s'obtient en égalant les quantités d'acide et de base présentes au point équivalent du dosage.
Par exemple, pour t = 2 min, on obtient :
                                                                      n_H+ = n_OH-
                                                                     10^-3 = 10^-2 C₂ + 6,70.10^-3.10^-1
                                                                                               C₂ = 0,033 mol L^-1.
En répétant cette démarche pour les temps 4, 6, 8, 10 et 12 min, on complète le tableau

Simulation de la manipulation :

Traitement des données expérimentales :  

Pour déterminer les ordres partiels de la réaction par rapport à l'ester et par rapport à l'ion hydroxyde, on teste les modèles issus de l'étude formelle. Par exemple, pour une réaction d'ordre 0, on sait que la concentration de l'espèce réactif décroît linéairement dans le temps selon :

Pour une réaction d'ordre partiel 1 par rapport à la base OH^- et d'ordre partiel 0 par rapport à l'ester,    est une fonction linéairement croissante de t.

Pour une réaction d'ordre partiel 1 par rapport à la base OH^- et d'ordre partiel 1 par rapport l'ester,    est une fonction linéairement croissante de t.

Les valeurs nécessaires pour tester ces modèles ont été reportées dans le tableau :

	t / min	0	2	4	6	8	10	12
Ordre 0	C t / (mol.L-1)	0,0500	0,0320	0,0250	0,0195	0,0165	0,0140	0,0120
Ordre 1		0	0,446	0,693	0,942	1,109	1,273	1,427
Ordre 2	(1 / C t) / (mol-1.L)	20	31,25	40	51.3	60,1	71,4	83,5

et les points correspondants sont montrées sur les figures suivantes :

On observe que les points ne sont alignés que pour le cas correspondant à l'ordre 2. On peut alors tracer la droite qui passe par ces points, elle a pour ordonnée à l'origine 1/C₀ = 20,0 mol^-1.L pour t = 0. La réaction est bien d'ordre partiel 1 pour chacun des réactifs, donc d'ordre 2.
Le coefficient directeur de cette droite conduit au coefficient de vitesse de la réaction : k = 5,20 mol^-1.L.min^-1.