Corrigé 1 - Optimiser la vitesse de formation d'un produit

Pour comparer les différentes conditions opératoires vis-à-vis de la vitesse de formation de l'éthanoate de butyle, il faut comparer le temps mis pour atteindre l'état final, s'il est atteint, ou l'évolution globale de la quantité d'espèce formée.

On rappelle que la vitesse de formation de l'ester est la dérivée temporelle de la quantité de matière d'ester : une courbe qui croît rapidement est synonyme de grande vitesse de formation.

Trois conditions sont ici testées à travers les différentes variantes du protocole :

• l'influence de la présence d'acide sulfurique ;
  
• l'influence de la température ;
  
• l'influence d'un excès de réactif.
  

Pour analyser chacun de ces facteurs, on compare les expériences deux à deux en les choisissant pour qu'elles ne diffèrent que par ce facteur.

Influence de la présence d'acide sulfurique : on compare les variantes 1 et 2. Avec la variante 1, la quantité de matière d'ester varie très faiblement en 90 minutes alors que, dans la variante 2, elle atteint 0,3 mol sur cette même durée. L'acide sulfurique joue donc le rôle de catalyseur et augmente la vitesse de formation de l'ester. On obtient la même conclusion en comparant les résultats des variantes 3 et 4 (l'état final est atteint après 60 minutes pour la variante 3, et n'est pas atteint en 90 minutes pour la variante 4).

Influence de la température : on compare les résultats des variantes 1 et 3 (ou 2 et 4). La vitesse de formation est plus grande dans les variantes 3 et 4 car à durée égale, la quantité d'ester produite est plus grande. La température est bien un facteur cinétique : plus elle est grande, plus la vitesse de formation du produit est grande.

Influence d'un excès de réactif : en comparant les résultats des variantes 4 et 5, on observe que la quantité d'ester formée est plus importante pendant les 60 premières minutes lorsqu'il y a un excès de butan-1-ol : la vitesse est toujours plus élevée avant d'atteindre l'état final.

Les conditions optimales sont donc celles de l'expérience 5 : utilisation d'un catalyseur, température élevée et excès de butan-1-ol.