Synthèse et réaction de l’éthanol
Comprendre la Synthèse et réaction de l’éthanol
L’éthanol (\(\mathrm{C_2H_5OH}\)) est un alcool couramment utilisé comme solvant, carburant et dans les boissons alcoolisées.
Il peut être produit par la fermentation du glucose ou par synthèse à partir de l’éthène.
Partie 1 : Synthèse de l’éthanol
1. Équation de réaction :
L’éthanol est produit industriellement par l’hydratation de l’éthène en présence d’acide sulfurique comme catalyseur. Écrivez l’équation équilibrée de cette réaction.
Partie 2 : Calcul de rendement
2. Réaction de fermentation :
La réaction de fermentation du glucose pour produire de l’éthanol est donnée par l’équation suivante:
\[ \mathrm{C_6H_{12}O_6} \rightarrow 2\mathrm{C_2H_5OH} + 2\mathrm{CO_2} \]
Calculez la masse d’éthanol produite si 180 grammes de glucose sont complètement fermentés. La masse molaire du glucose est de 180 g/mol et celle de l’éthanol est de 46 g/mol.
Partie 3 : Propriétés physiques
3. Point d’ébullition :
Le point d’ébullition de l’éthanol est de 78 °C. Expliquez comment la structure moléculaire de l’éthanol contribue à ce point d’ébullition comparativement à celui de l’eau.
Partie 4 : Réactions chimiques
4. Oxydation :
L’éthanol peut être oxydé en acide éthanoïque (\(\mathrm{C_2H_4O_2}\)) en utilisant un agent oxydant comme le dichromate de potassium (\(\mathrm{K_2Cr_2O_7}\)) en milieu acide. Écrivez l’équation équilibrée de cette réaction.
Si 46 grammes d’éthanol sont oxydés, calculez la masse d’acide éthanoïque formée, en supposant que la réaction a un rendement de 75%. La masse molaire de l’acide éthanoïque est de 60 g/mol.
Correction : Synthèse et réaction de l’éthanol
Partie 1 : Synthèse de l’éthanol
Équation de réaction de l’hydratation de l’éthène :
L’équation équilibrée pour la réaction entre l’éthène et l’eau en présence d’acide sulfurique est la suivante :
\[ C_2H_4(g) + H_2O(l) \rightarrow C_2H_5OH(l) \]
Cette réaction montre la transformation de l’éthène en éthanol.
Partie 2 : Calcul de rendement
Calcul de la masse d’éthanol produite par fermentation :
La réaction de fermentation du glucose est :
\[ C_6H_{12}O_6 \rightarrow 2 C_2H_5OH + 2 CO_2 \]
- Masse molaire du glucose = 180 g/mol
- Masse molaire de l’éthanol = 46 g/mol
Quantité de matière de glucose utilisée :
\[ n_{glucose} = \frac{180 \, \text{g}}{180 \, \text{g/mol}} = 1 \, \text{mol} \]
D’après l’équation, 1 mole de glucose produit 2 moles d’éthanol. Donc :
\[ n_{éthanol} = 2 \times n_{glucose} \] \[ n_{éthanol} = 2 \times 1 \, \text{mol} = 2 \, \text{mol} \]
Masse d’éthanol produite :
\[ \text{Masse d’éthanol} = n_{éthanol} \times \text{masse molaire de l’éthanol} \] \[ \text{Masse d’éthanol} = 2 \, \text{mol} \times 46 \, \text{g/mol} \] \[ \text{Masse d’éthanol} = 92 \, \text{g} \]
Partie 3 : Propriétés physiques
Point d’ébullition de l’éthanol :
Le point d’ébullition de l’éthanol (78 °C) est inférieur à celui de l’eau (100 °C) principalement en raison de sa masse molaire plus faible et des interactions intermoléculaires moins fortes comparé à l’eau, qui forme des liaisons hydrogène plus fortes et plus nombreuses.
Partie 4 : Réactions chimiques
Oxydation de l’éthanol en acide éthanoïque :
La réaction correcte en présence d’un agent oxydant fort comme le dichromate de potassium en milieu acide est la suivante :
\( 3 C_2H_5OH(l) + 2 K_2Cr_2O_7(aq) + 8 H_2SO_4(aq) \rightarrow 3 C_2H_4O_2(l) + 2 Cr_2(SO_4)_3(aq) + 2 K_2SO_4(aq) + 11 H_2O(l) \)
En outre, l’équation simplifiée serait :
\[ C_2H_5OH(l) + 2 [O] \rightarrow C_2H_4O_2(l) + H_2O(l) \]
Vérifions maintenant les calculs pour l’oxydation en supposant la réaction simplifiée pour un processus didactique :
Calculons la quantité de matière d’éthanol utilisée :
\[ n_{\text{éthanol}} = \frac{46 \, \text{g}}{46 \, \text{g/mol}} = 1 \, \text{mol} \]
Calculons la quantité de matière d’acide éthanoïque théorique :
\[ n_{\text{acide éthanoïque théorique}} = n_{\text{éthanol}} = 1 \, \text{mol} \]
Calculons la quantité de matière d’acide éthanoïque réelle en considérant un rendement de 75% :
\[ n_{\text{acide éthanoïque réel}} = 0.75 \times 1 \, \text{mol} = 0.75 \, \text{mol} \]
Calculons la masse d’acide éthanoïque formée :
\[ \text{Masse d’acide éthanoïque} = 0.75 \, \text{mol} \times 60 \, \text{g/mol} \] \[ \text{Masse d’acide éthanoïque} = 45 \, \text{g} \]
Synthèse et réaction de l’éthanol
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