Oui
Synthèse organique
Équilibre et sens d'évolution
Sujet Bac Corrigé - Estérification non totale - Centres étrangers 1 2026 Jour 2 - Ex 3 - Corrigé (Physique-chimie)
1 juin 2026
Terminale spécialité
⚗️ Pourquoi une estérification ne donne-t-elle jamais tout l'ester espéré ? L'exercice 3 du bac 2026 de physique-chimie (Centres étrangers 1, jour 2) répond à cette question en 4 points.
- Le montage : choix du chauffage à reflux, rôle du chauffe-ballon, du réfrigérant et du catalyseur.
- L'équilibre : masse maximale d'ester, taux d'avancement final et constante d'équilibre.
- Le rendement : masse réellement obtenue et deux moyens de l'améliorer.
Le sujet officiel et le corrigé détaillé sont gratuits en PDF, avec les pièges à éviter à chaque question.
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Corrigé interactif · 7 questions
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Q1Choisir, parmi les trois montages proposés, un montage adapté à la synthèse de l'ester. Indiquer l'intérêt de l'élément 1 et celui de l'élément 2 sur ce montage.
Le protocole demande un chauffage à reflux : le réfrigérant à eau doit être vertical, placé au-dessus du ballon. C'est le cas du montage 2.
Élément 1 : le chauffe-ballon. Il élève la température du mélange ; la température étant un facteur cinétique, la transformation est plus rapide.
Élément 2 : le réfrigérant à eau (à boules). Les vapeurs s'y liquéfient et retombent dans le ballon : on chauffe sans perdre de matière.
Montage 2 : l'élément 1 chauffe pour accélérer la transformation, l'élément 2 condense les vapeurs pour éviter les pertes de matière.
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Q2Indiquer le rôle de l'acide sulfurique et l'intérêt de son ajout.
L'acide sulfurique ne figure pas dans l'équation de la réaction : il n'est ni un réactif ni un produit. Il joue le rôle de catalyseur.
Son ajout augmente la vitesse de la transformation : l'état final est atteint en moins de temps.
L'acide sulfurique est un catalyseur : il accélère l'estérification sans apparaître dans son équation.
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Q3Calculer la masse d'ester qui serait obtenue si la réaction était totale.
Données utiles n0=0,150 mol d'acide et autant d'alcool ; M(H)=1,0 g⋅mol−1 ; M(C)=12,0 g⋅mol−1 ; M(O)=16,0 g⋅mol−1
Les nombres stœchiométriques valent tous 1 et les réactifs sont introduits en même quantité n0 : le mélange est stœchiométrique. Si la réaction était totale, n0−xmax=0, donc xmax=n0=0,150 mol et nester,max=xmax=n0.
Masse molaire de l'ester CHX3COOCX2HX5, de formule brute CX4HX8OX2 :
Mester=4×12,0+8×1,0+2×16,0=88,0 g⋅mol−1
mmax=n0×Mester=0,150×88,0
mmax=13,2 g
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Q4Rappeler la définition du taux d'avancement τ, puis montrer que la constante d'équilibre s'écrit K=(1−τ)2τ2.
Données utiles Qr=nacide×nalcoolnester×neau ; xmax=n0 (Q.3)
Indice Pour relier K à τ : exprimer les quantités finales avec xf, écrire Qr,eˊq=K, puis remplacer xf par τxmax. La quantité initiale se simplifie quand le mélange est stœchiométrique.
Le taux d'avancement final est le quotient de l'avancement final par l'avancement maximal : τ=xmaxxf.
Pour un avancement x, le tableau d'avancement donne nacide=nalcool=n0−x et nester=neau=x.
À l'état final, le système est à l'équilibre : Qr,eˊq=K, soit
K=(n0−xf)×(n0−xf)xf×xf=(n0−xf)2xf2
Comme xmax=n0, on a xf=τn0 :
K=(n0−τn0)2τ2n02=n02(1−τ)2τ2n02
τ=xmaxxf et, après simplification par n02, K=(1−τ)2τ2
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Q5Choisir, en justifiant, parmi les deux solutions τ1 et τ2, le taux d'avancement final réel de la réaction.
Données utiles K=4,0 ; τ1=0,67 ; τ2=2,0
L'avancement final ne peut pas dépasser l'avancement maximal : xf⩽xmax, donc τ=xmaxxf⩽1.
La solution τ2=2,0 est supérieure à 1 : elle n'a pas de sens chimique (la quantité d'acide restante n0(1−τ) serait négative).
τ=τ1=0,67 : la transformation n'est pas totale.
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Q6Déterminer la masse d'ester réellement produite lors de cette synthèse.
Données utiles τ=0,67 (Q.5) ; n0=0,150 mol ; Mester=88,0 g⋅mol−1 (Q.3)
À l'état final, nester=xf=τ×xmax=τ×n0.
mester=τ×n0×Mester=0,67×0,150×88,0
mester=8,8 g
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Q7Proposer deux modifications des paramètres expérimentaux permettant d'augmenter le rendement de cette estérification.
Première modification : introduire l'un des deux réactifs (l'acide ou l'alcool) en large excès. L'excès augmente le dénominateur de Qr : l'équilibre est atteint pour un avancement plus grand, le réactif limitant est davantage consommé.
Seconde modification : éliminer l'un des produits au fur et à mesure de sa formation, par exemple l'eau avec le montage 3. Qr reste alors inférieur à K et la transformation se poursuit dans le sens direct.
Mettre un réactif en excès ; retirer l'eau (ou l'ester) du milieu au cours de la synthèse.
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Une synthèse non totale : l'estérification
L'exercice 3 du bac 2026 de physique-chimie en Centres étrangers 1 (jour 2) compte 4 points. Il porte sur la synthèse de l'éthanoate d'éthyle, CH3COOC2H5, à partir d'un acide et d'un alcool introduits en même quantité. L'exercice mêle chimie expérimentale, avec le choix du montage, et raisonnement sur l'équilibre chimique, avec le taux d'avancement final et la constante d'équilibre. C'est un exercice court, où chaque réponse doit être justifiée en une ou deux phrases précises.
Questions 1 et 2 : le montage et le catalyseur
Le protocole impose un chauffage à reflux : le réfrigérant doit être vertical, au-dessus du ballon, ce qui désigne le montage 2. Le montage 1 est une distillation et le montage 3 recueille une partie du liquide condensé. La question porte sur l'intérêt des éléments, et pas seulement sur leur nom : le chauffe-ballon élève la température, facteur cinétique, pour accélérer la transformation ; le réfrigérant condense les vapeurs, qui retombent dans le ballon, pour éviter les pertes de matière. L'acide sulfurique, absent de l'équation, est un catalyseur : il réduit la durée de la synthèse mais ne change pas l'état final.
Question 3 : la masse maximale d'ester
Le mélange est stœchiométrique, avec 0,150 mol de chaque réactif : si la réaction était totale, l'avancement maximal vaudrait 0,150 mol. La masse molaire de l'ester, de formule brute C4H8O2, vaut 88,0 g/mol, d'où une masse maximale de 13,2 g. L'erreur la plus fréquente est un mauvais décompte des atomes de l'ester.
Questions 4 et 5 : taux d'avancement et constante d'équilibre
Le taux d'avancement final est le quotient de l'avancement final par l'avancement maximal. On exprime les quantités finales à l'aide d'un tableau d'avancement, on écrit que le quotient de réaction est égal à K à l'équilibre, puis on remplace l'avancement final par τ fois n0 : la quantité initiale se simplifie et l'on obtient K = τ² / (1 - τ)². Il faut dire explicitement que l'égalité entre quotient de réaction et constante d'équilibre n'est valable qu'à l'équilibre. Avec K = 4,0, l'équation a deux solutions, 0,67 et 2,0 ; seule la première a un sens chimique, car un taux d'avancement ne peut pas dépasser 1. La transformation n'est donc pas totale.
Questions 6 et 7 : la masse obtenue et le rendement
La masse d'ester réellement produite vaut τ × n0 × M, soit 8,8 g, avec deux chiffres significatifs seulement puisque τ n'en a que deux. Répondre 13,2 g revient à oublier que la réaction s'arrête à l'équilibre. Pour augmenter le rendement, deux leviers sont attendus : introduire l'un des réactifs en excès, ou éliminer un produit au fur et à mesure de sa formation, par exemple l'eau. Dans les deux cas, le quotient de réaction reste inférieur à K et le système évolue dans le sens direct. Ajouter du catalyseur ou chauffer plus longtemps ne joue que sur la durée, pas sur le rendement.
Conseils pour cet exercice
Distinguez soigneusement ce qui agit sur la vitesse de la transformation (température, catalyseur) et ce qui agit sur l'état final (quantités introduites, élimination d'un produit). Cette distinction structure les questions 2 et 7. Pour les démonstrations littérales, écrivez chaque étape : définition, tableau d'avancement, condition d'équilibre, simplification.