Exercices de Physique-Chimie : Stratégies de synthèse organique

On souhaite synthétiser de l'acétate d'éthyle, noté $CH_3COOCH_2CH_3$, à partir de l'acide éthanoïque $CH_3COOH$ et de l'éthanol $CH_3CH_2OH$. La réaction est : CH_3COOH_{(l)} + CH_3CH_2OH_{(l)} ightleftharpoons CH_3COOCH_2CH_3_{(l)} + H_2O_{(l)}. On réalise un mélange équimolaire composé de $n_0 = 0,10 \, mol$ d'acide éthanoïque et de $n_0 = 0,10 \, mol$ d'éthanol. À l'équilibre, il reste $n_{eq}(CH_3COOH) = 0,03 \, mol$ d'acide éthanoïque. Calculez le rendement $r$ de cette réaction.

Lors d'une séance de TP, un élève souhaite synthétiser de l'acide acétylsalicylique (aspirine) par réaction entre l'acide salicylique ($C_7H_6O_3$) et l'anhydride éthanoïque ($C_4H_6O_3$). L'équation de la réaction est la suivante : $C_7H_6O_3(s) + C_4H_6O_3(l) ightarrow C_9H_8O_4(s) + CH_3COOH(l)$. L'élève utilise $m_1 = 2,00 \, g$ d'acide salicylique et $V = 2,50 \, mL$ d'anhydride éthanoïque (densité $d = 1,08$). 1) Identifier le réactif limitant. 2) Calculer la masse théorique maximale d'aspirine attendue. Données : Masses molaires $M(C_7H_6O_3) = 138,1 \, g \cdot mol^{-1}$, $M(C_4H_6O_3) = 102,1 \, g \cdot mol^{-1}$, $M(C_9H_8O_4) = 180,2 \, g \cdot mol^{-1}$, masse volumique de l'eau $\rho_{eau} = 1,00 \, g \cdot mL^{-1}$.

On réalise la synthèse de l'aspirine ($C_9H_8O_4$) par réaction entre l'acide salicylique ($C_7H_6O_3$) et l'anhydride éthanoïque ($C_4H_6O_3$). La réaction produit également de l'acide éthanoïque ($CH_3COOH$). On introduit $m_1 = 5,00 \text{ g}$ d'acide salicylique et $V_2 = 5,00 \text{ mL}$ d'anhydride éthanoïque (masse volumique $\rho_2 = 1,08 \text{ g.mL}^{-1}$).

Données : Masses molaires atomiques en $\text{g.mol}^{-1}$ : $M(C) = 12,0$ ; $M(H) = 1,0$ ; $M(O) = 16,0$.

1. Établir l'équation de la réaction.
2. Calculer les quantités de matière initiales des réactifs.
3. Identifier le réactif limitant.
4. Calculer la masse maximale théorique $m_{th}$ d'aspirine.
5. Si la masse obtenue expérimentalement est $m_{exp} = 4,20 \text{ g}$, déterminer le rendement $r$ de la réaction.