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► Exercice 1 : solubilité de l’acide benzoïque 7 points

On se propose de déterminer la solubilité exacte, notée s, de l’acide benzoïque C6H5COOH. Les documents et courbes utiles se trouvent en annexe à la fin de l’exercice. L’ensemble des mesures se fait à 25°C. Pour déterminer la solubilité, on va doser l’acide dissout d’une solution tout juste saturée. Le dosage est de type acido-basique. La solution titrante utilisée est une solution d’hydroxyde de sodium préparée à partir du solide NaOH. L’hydroxyde de sodium est un solide très hygroscopique, c’est-à-dire avide d’eau et les cristaux se désagrègent à l’air. Données :pKa(C6H5COOH/ C6H5COO

-) = 4,2

Produit ionique de l’eau : Ke = 1,0.10-14

(à 25°C) Masses molaires : M(H) = 1,00 g.mol

-1 M (C) = 12,0 g.mol

-1 M (O) = 16,0 g.mol

-1

M (Na) = 23,0 g.mol-1

1. Préparation d’une solution titrante :

On prépare un volume V0 = 250 mL d’une solution S0 en dissolvant dans l’eau une masse m = 0,70 g de cristaux d’hydroxyde de sodium provenant d’un flacon laissé par inadvertance à l’air libre. L’hydroxyde de sodium est entièrement soluble.

1.1. Expliquer pourquoi, pour connaître la concentration molaire volumique précise d’une solution

aqueuse d’hydroxyde de sodium préparée avec de tels cristaux, on ne peut se contenter de peser

les cristaux avant dissolution, et pourquoi il faut doser la solution.

1.2. Quelle serait la concentration molaire de S0 si le solide était de l’hydroxyde de sodium pur ?

1.3. On titre 50 mL de la solution S0 par un suivi pH-métrique en rajoutant à l’aide d’une burette une

solution titrante d’acide chlorhydrique (acide fort) Sa de concentration Ca = 1,00.10-1

mol.L-1

. On

obtient le graphe n°1.

1.3.1 Ecrire l’équation du dosage.

1.3.2 Déterminer le volume équivalent de ce dosage en faisant ressortir clairement sur le graphe la

méthode utilisée.

1.3.3 En déduire la concentration en hydroxyde de sodium de la solution S0.

1.3.4 Déterminer le pH à l’équivalence de ce dosage. Parmi la liste du document 3, quel serait le

meilleur indicateur coloré pour ce dosage ? Comment évoluera la teinte au cours de ce dosage ?

1.3.5 Justifier les variations du pH observées lors du suivi pH-métrique.

1.4. Déterminer la masse d’hydroxyde de sodium réellement présent dans les 0,70 g prélevés, en

déduire la masse d’eau contenue dans le prélèvement.

2. Détermination de la solubilité de l’acide benzoïque :

On prépare 50 mL d’une solution saturée d’acide benzoïque. Pour les calculs qui suivent, on prendra M(C6H5COOH) = 122 g.mol

-1

2.1. On réalise le suivi pH-métrique du titrage d’un volume V1 = 20,0 mL de la solution saturée par la

solution d’hydroxyde de sodium préparée précédemment et de concentration Cb = 2,50.10-2

mol.L-1

.

A partir des mesures obtenues, on a tracé le graphe pH = f(Vb) et, à l’aide d’un logiciel, on a

construit et représenté le graphe

sur le graphe n°2.

2.1.1 Faire le schéma annoté du dispositif expérimental.

2.1.2 Ecrire l’équation support du titrage.

2.1.3 Déterminer les coordonnées du point équivalent, en expliquant la méthode adoptée. Parmi la

liste du document 3, quel serait le meilleur indicateur coloré pour ce dosage ? Comment évoluera la

teinte au cours du dosage ?

2.2. Déterminer la concentration molaire de la solution d’acide benzoïque mesurée par le dosage.

2.3. En déduire la valeur correcte s de la solubilité de l’acide benzoïque dans l’eau à la température de

l’expérience. Commenter.

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2.4. On considère un état initial constitué de 20 mL de solution aqueuse d’acide benzoïque saturée et

de 2,0 mL de solution titrante d’hydroxyde de sodium.

2.4.1 Quelle est la valeur du pH du mélange obtenu (aucun calcul nécessaire).

2.4.2 En déduire la valeur de la concentration en hydroxyde (on exprimera cette valeur sous forme

d’une puissance de 10).

2.4.3 En déduire alors que l’on peut considérer la réaction entre l’acide benzoïque et les ions

hydroxyde comme totale. Pourquoi est-ce nécessaire pour que la mesure de s soit correcte ?

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ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE

NOM : ……………………………

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► Exercice 2 : Autour du vin 8 points

Les parties A et B sont indépendantes

A – LA FERMENTATION DU VIN (4 points)

Le vin est obtenu par fermentation du jus de raisin.

Dans les années 1960, les chimistes s’intéressèrent à une fermentation qui influe sur la qualité gustative du

vin : la fermentation malolactique.

1. La fermentation malolactique est catalysée par des enzymes : d’où proviennent-elles ? 2. Expliquer comment construire la courbe du doc 3 à partir des valeurs de concentrations données dans

le doc 2. 3. Déterminer le temps de demi-réaction de la transformation étudiée. 4. Un industriel souhaite encore accélérer cette transformation. Comment pourrait-il procéder ?

B - TEST D’ALCOOLEMIE (4 points)

Il existe plusieurs moyens de contrôler le taux d’alcool présent dans le

sang d’un individu, ou alcoolémie : soit par dosage de l’éthanol à partir

d’un échantillon de sang, soit par une estimation à partir de la quantité

d’éthanol présente dans l’air expiré.

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1. Justifier le choix de réaliser le suivi de la réaction à la longueur d’onde = 450 nm.

2. Déduire de la courbe du doc 4 que l’éthanol est le réactif limitant.

3. En déduire que l’avancement final de la réaction xf et la quantité de matière initiale en éthanol n1

vérifient la relation

(on pourra s’aider d’un tableau d’avancement).

4. Vérifier que l’avancement final de la réaction xf, la concentration en ions dichromate à l’état final

[Cr2O72-

]f dans le mélange, le volume V du mélange réactionnel, et la quantité de matière initiale en ions

dichromate n2 sont liés par la relation :

5. En vous aidant de doc 4 calculer l’avancement final xf.

6. Le taux autorisé d’alcool est 0,5 g dans 1L de sang. Le conducteur est-il en infraction ?

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► Exercice 3 : Une astuce culinaire que devrait conseiller le poissonnier Ordralfabetix 5 points

«Quoi, il est pas frais mon poisson ? » Cetautomatix, le forgeron du village d'Astérix et d'Obélix, adore mettre en cause la fraîcheur des produits du poissonnier Ordralfabetix. La raison ? Une odeur. Mais pas n'importe laquelle. L'odeur de poisson avarié fait partie de ces effluves nauséabonds et tenaces que l'on frémit de rencontrer. Les substances chimiques responsables de la mauvaise odeur du poisson sont des composés azotés, les amines, comme la triméthylamine de formule (CH3)3N. Celle-ci est produite à la mort du poisson lors de la décomposition des protéines de l'animal par des bactéries. Les «recettes de grand-mère» ne manquent pas pour atténuer ou se débarrasser des odeurs de poisson. La plupart d'entre elles tournent autour d'ajout de citron ou de vinaigre dans la poêle, la casserole ou sur les mains.

Extraits de «Histoires de Savoir» 27 février 2008 Figaro.fr / Sciences

Dans cet exercice, on s'intéresse tout d'abord au dosage d'un vinaigre à usage culinaire puis au comportement de la triméthylamine dans l'eau et enfin à l'intérêt d'ajouter du vinaigre dans l'eau de cuisson d'un poisson. On admet que l'odeur nauséabonde du poisson ne provient que de la triméthylamine. Les trois parties sont indépendantes. Données : - produit ionique de l'eau à 25°C : Ke= 1,0 x 10

-14 ;

- pKa du couple CH3COOH (aq) / CH3COO (aq) à 25°C : pKa1 = 4,8 ;

- ion triméthylammonium / triméthylamine : (CH3)3NH+(aq)/(CH3)3N(aq), qu'on peut noter BH

+(aq)/B(aq) ;

- pKa du couple (CH3)3NH+

(aq)/(CH3)3N (aq) à 25°C : pKa2 = 9,8. 1. Dosage du vinaigre utilise en cuisine Le vinaigre est une solution aqueuse diluée contenant essentiellement de l'acide éthanoïque de formule CH3COOH. La solution de vinaigre commerciale, notée S0, étant trop concentrée, on la dilue 20 fois pour obtenir une solution de vinaigre diluée notée S1. On prélève précisément un volume V1 = 10,0 mL de solution diluée S1 de concentration C1. On réalise un dosage conductimétrique de la solution S1 par une solution titrante d'hydroxyde de sodium

(Na+ + HO

) de concentration Cb = 5,00 × 10

2 moI.L

1.

La figure 1 de l’annexe représente la variation de la conductivité de la solution en fonction du volume Vb de solution titrante versé. 1.1. Écrire l’équation de la réaction support du dosage.

1.2. Déterminer graphiquement le volume VE de solution d’hydroxyde de sodium versé à l’équivalence.

1.3. Définir l'équivalence. En déduire la concentration molaire C1 en acide éthanoïque dans la solution S1.

1.4. En déduire la concentration molaire C0 en acide éthanoïque dans la solution commerciale S0. 2. Comportement de la triméthylamine dans l'eau. On dispose d'un volume V = 50 mL d'une solution aqueuse de triméthylamine de concentration molaire apportée C = 1,0×10

-2 moI.L

-1. On mesure le pH de cette solution. Le pH-mètre indique 10,9.

L'équation de la réaction entre la triméthylamine et l'eau est :

(CH3)3N (aq) + H2O ( ) (CH3)3NH+

(aq) + HO (aq)

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2.1. Déterminer, à l'équilibre, la concentration [H3O

+]éq en ions oxonium dans la solution à 25°C.

En déduire, à l'équilibre, la concentration [HO]éq et la quantité de matière n(HO

)éq des ions hydroxyde

dans la solution. 2.2. Calculer la quantité de matière n0 apportée en triméthylamine. 2.3. Compléter le tableau descriptif de l'évolution du système donné sur la FIGURE 2 DE L'ANNEXE. 2.4. En déduire l’avancement final xf de la réaction. 2.5. Cette réaction est-elle totale ? 3. Intérêt d’ajouter du vinaigre à l’eau de cuisson du poisson On ajoute du vinaigre à la solution aqueuse de triméthylamine. Le pH de la solution vaut alors 6,5. L'équation de la réaction entre la triméthylamine et l'acide éthanoïque s'écrit :

(CH3)3N (aq) + CH3COOH (aq) = (CH3)3NH+

(aq) + CH3COO (aq)

3.1. Donner l'expression littérale de la constante d'acidité Ka2 du couple (CH3)3NH

+ (aq) / (CH3)3N (aq).

3.2. En déduire l'expression du rapport

3 3 éq

3 3 éq

CH NH

CH N

en fonction de pKa2 et de pH.

3.3. Calculer la valeur de ce rapport. 3.4. Quel intérêt présente l’ajout de vinaigre à l’eau de cuisson d’un poisson ?

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ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE

NOM : ……………………………

ANNEXE DE L’EXERCICE III

Figure 1. Variation de la conductivité de la solution

en fonction du volume Vb de solution titrante versée

Équation de la réaction (CH3)3N(aq) + H2O (ℓ) (CH3)3NH

+ (aq) + HO

(aq)

État du système Avancement

(mol) Quantités de matière (mol)

État initial 0

Au cours de la transformation

x

État final xf

Figure 2. Tableau descriptif de l’évolution du système