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Détermination du nombre de moles dans un réacteur par dosage

On réalise dans un réacteur en discontinu une saponification de l'acétate d'éthyle par de la soude à +/-30%. L'équation de la réaction s'écrit:

  • acétate d'éthyle + soude -> acétate de sodium + éthanol

Les quantités chargées dans le réacteur par un monte-jus sont, dans l'ordre:

  • soude à 30%: 2000g
  • eau pure: 1200g
  • acétate d'éthyle pur: 1200g

Deux analyses sont réalisées.

  • Une masse de 1.35g d'échantillon pris dans le bidon de soude avant son chargement dans le réacteur est dosée, après dilution à l'eau déminée et introduction de l'indicateur coloré, par de l'acide chlorhydrique HCl à 1.01 mol.L-1. La descente de burette observée est 10.1 mL.
  • Une masse de 10.10 g d'échantillon prélevé dans le réacteur après 60 minutes de réaction est dosée par le même acide. La descente de burette observée est 9.5 mL.

A partir des ces résultats, on demande:

  • de calculer le nombre de moles de soude chargées dans le réacteur, et le titre massique de la soude fournie dans le bidon,
  • de calculer le nombre de moles de soude restant dans le réacteur après 60 minutes de réaction,
  • d'en déduire le taux de conversion de la réaction par rapport au réactif en défaut à 60 minutes.

Remarque: le dosage de masses d'échantillons permet de déterminer des nombres de moles présent dans le réacteur, à la condition de connaître la masse totale dans laquelle est prélevé l'échantillon, et en supposant bien sûr que le milieu réactionnel est homogène.

Réponse

Réponse

  • Moles de soude chargées: 15.11 moles, titre de la soude dans le bidon 30.23%,
  • Moles de soude à 60 minutes: 4.18 moles, titre en soude dans le réacteur 3.8%
  • Moles d'acétate d'éthyle chargées 13.64, réactif en défaut, nombre de moles ayant réagit 15.11-4.18=10.93 moles, taux de conversion de l'acétate d'éthyle 80.1%, moles d'acétate d'éthyle restant 2.71
Correction

Correction

Nombre de moles de soude chargées et titre massique

Le nombre de moles de soude dans les mech=1.35 g d'échantillon est

  • nOH-,ech=CHCl×Veq=1.01×10.1e-3=10.20e-3 moles

Le nombre de moles de soude dans 1 g d'échantillon est

  • nOH-,1g=CHCl×Veq/mech=1.01×10.1e-3/1.35=7.56e-3 moles

Le nombre de moles de soude pure dans les mbidon=2000 g de soude à 30% est donc

  • nOH-,2000g=CHCl×Veq×mbidon/mech=1.01×10.1e-3×2000/1.35=15.11 moles

Le titre massique de la soude fournie est donc

xNaOH=15.11×40/2000=0.3023, soit 30.23%.

Nombre de moles de soude restant après 60 minutes de réaction

A 60 minutes de réaction, l'échantillon est prélevé dans une masse mréacteur=2000+1200+1200=4400g. Le nombre de moles de soude dans les mech=10.10g d'échantillon est

  • nOH-,ech=CHCl×Veq=1.01×9.5e-3=9.59e-3 moles

Le nombre de moles de soude dans 1 g d'échantillon du milieu réactionnel est

  • nOH-,1g=CHCl×Veq/mech=1.01×9.5e-3/10.10=0.95e-3 moles

Le nombre de moles de soude pure restant dans le milieu réactionnel mréacteur=4400 g est donc

  • nOH-,4400g=CHCl×Veq×mréacteur/mech=1.01×9.5e-3×4400/10.10=4.18 moles

Le titre massique en soude dans le réacteur à 60 minutes est

  • xNaOH, 60mn=4.18×40/4400=0.038, soit 3.8%.

Taux de conversion du réactif en défaut à 60 minutes

Le nombre de moles (soude ou acétate d'éthyle) ayant réagit par l'équation de réaction à 60 minutes est 15.11-4.18=10.93 moles.

Le nombre de moles d'acétate d'éthyle chargées est nacétate, t=0=1200/88=13.64 moles.

Le taux de conversion de l'acétate d'éthyle s'écrit donc τ=10.93/13.64=0.8013, soit 80.1%.

Le nombre de moles d'acétate d'éthyle restant dans le réacteur à 60 minutes est nacétate, t=60mn=13.64-10.93=2.71 moles.