Physique-ChimieTerminale🧪 Thème 1Chapitre 9Raisonnement classique🔴 Essentiel

Calculer le rendement d'une synthèse et justifier l'effet d'un excès de réactif

1.Objectif

Déterminer le rendement d'une estérification à partir des quantités initiales et de la quantité d'ester obtenue.

2.Prérequis

Tableau d'avancement
Réactif limitant
Quotient de réaction et constante d'équilibre

3.Situation physique

On mélange 0,10 mol d'acide éthanoïque et 0,30 mol d'éthanol. Après la synthèse, on récupère 0,085 mol d'éthanoate d'éthyle.

Rendement selon l'excès d'alcool

Rapport n(alcool) / n(acide) : 1,0

Estérification acide éthanoïque + éthanol, constante d'équilibre K = 4. Mélange équimolaire : η ≈ 67 %. Un excès d'alcool déplace l'équilibre et augmente le rendement (calculé par rapport au réactif limitant).

Avec un rapport 3, le rendement attendu à l'équilibre (K = 4) dépasse 85 %.

4.Démonstration étape par étape

Étape 1

Réactif limitant

Les réactifs réagissent mole à mole : celui en plus petite quantité limite la réaction.

n(acide) = 0,10 mol < n(alcool) = 0,30 mol

réactif limitant : l'acide

Étape 2

Quantité maximale

Si la réaction était totale, tout l'acide serait consommé.

x_max = 0,10 mol donc n_max(ester) = 0,10 mol

Étape 3

Rendement

On compare ce qu'on a réellement obtenu au maximum théorique.

η = 0,0850,10 = 0,85 = 85 %

Étape 4

Rôle de l'excès

La réaction est un équilibre. Augmenter la quantité d'alcool rend Q_r < K au départ et déplace l'évolution vers la formation d'ester : le rendement augmente (67 % seulement pour un mélange équimolaire).

Q_r = [ester][eau][acide][alcool]

5.Interprétation physique

Un rendement inférieur à 100 % ne veut pas dire que la manipulation est ratée : l'estérification est limitée par l'équilibre. On l'améliore avec un excès de réactif ou en éliminant l'eau formée.

6.Résultat final

η = n_obtenun_max = 85 %

7.Conditions de validité

Stœchiométrie 1:1
n_max calculé avec le réactif limitant

8.Erreurs fréquentes

Calculer n_max avec le réactif en excès.
Croire qu'un catalyseur augmente le rendement final (il accélère seulement).
Donner un rendement supérieur à 100 % sans s'interroger (produit humide ou impur).

9.À retenir

✓ η = n_obtenu / n_max.
✓ n_max vient du réactif limitant.
✓ Excès de réactif ou élimination d'un produit : meilleur rendement.

10.Mini-vérification

Un catalyseur modifie-t-il le rendement à l'équilibre ?

Non, il réduit seulement la durée pour l'atteindre.

0,20 mol d'acide et 0,20 mol d'alcool donnent 0,13 mol d'ester : η ?

η = 65 %.

Exercices associés

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Sources : Programme officiel de Terminale spécialité Physique-Chimie (Éduscol). Contenu reformulé pour Phylo.