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Acides soufrés
P.274-275

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SUJET BAC GUIDÉ


2
Acides soufrés




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Plusieurs acides sont constitués de l’élément soufre, symbolisé par la lettre S. On les retrouve souvent dans les pluies acides qui sont la conséquence du rejet de dioxyde de soufre SO2(g)\text{SO}_2 \text{(g)} dans l’air. On s’intéresse ici à l’acide sulfureux H2SO3\text{H}_2\text{SO}_3 et à l’acide sulfurique H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4.

Doc. 1
Acide sulfureux

L’acide sulfureux H2SO3\text{H}_2\text{SO}_3 est un diacide faible, capable de perdre deux protons. Une solution d’acide sulfureux est préparée en faisant barboter du SO2(g)\text{SO}_2\text{(g)} dans de l’eau selon la réaction d’équation :
SO2(g)+H2O(l)H2SO3(aq)\text{SO}_2(\text{g}) + \text{H}_2\text{O}(\text{l}) \rightarrow \text{H}_2\text{SO}_3(\text{aq})

La solution d’acide sulfureux obtenue est acide avec un pH\text{pH} égal à 2,52{,}5. Les solutions d’acide sulfureux sont couramment utilisées comme conservateurs alimentaires, dans les fruits secs par exemple.

Doc. 2
Dégâts d’une pluie acide

Statues

Ces statues sculptées sur la pierre calcaire ont été dégradées par des pluies acides.

Doc. 3
Diagramme de distribution

Diagramme de distribution

Données

  • Couple acide-base H2SO3(aq)/HSO3(aq)\text{H}_2\text{SO}_3(\text{aq})/\text{HSO}^{-}_3 (\text{aq})
  • Constante d’acidité associée au couple précédent : pKA1=1,8\text{p}K_{\text{A1}} = 1{,}8

Questions

1. Acide sulfureux

1.1 Préciser le terme permettant de qualifier HSO3(aq)\text{HSO}^{-}_3 \text{(aq)}. Identifier la base associée à HSO3(aq)\text{HSO}^{-}_3 \text{(aq)} correspondant au deuxième couple ainsi que la demi‑équation.


À l’intersection entre les courbes rouge et verte sur le diagramme de distribution, les concentrations des deux espèces associées sont égales en raison de leur proportion équivalente.

1.2 À partir de ce diagramme, déterminer la valeur du pKA2\text{p}K_\text{A2} en expliquant la démarche.


1.3 Tracer le diagramme de prédominance des trois espèces étudiées.
Couleurs
Formes
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1.4 En déduire quelle est l’espèce prédominante dans la solution d’acide sulfureux préparée.
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Coups de pouce

1.1 Rappeler le terme employé pour qualifier une espèce pouvant à la fois être un acide et une base.

1.2 Utiliser le diagramme et le fait que le pH\text{pH} est égal au pKA\text{p}K_\text{A} lorsque les concentrations sont égales.

1.3 Pour tracer un diagramme de prédomi- nance, il faut reporter les pKA\text{p}K_\text{A} des couples sur un axe de pH\text{pH}.

1.4 Comparer le pH\text{pH} de la solution d’acide sulfureux au diagramme de prédominance.

Doc. 4
Acide sulfureux et eau

La molécule d’acide sulfureux n’est pas stable dans l’eau et conduit à la formation d’ions, dont HSO3(aq)\text{HSO}^{-}_3 \text{(aq)}. Ce genre de solution acide peut être utilisé comme conservateur alimentaire dans le vin ou les viandes.

Etiquette vin

Questions

2. Concentrations en solution

2.1 Écrire l’équation de la réaction entre l’acide sulfureux H2SO3\text{H}_2\text{SO}_3 et l’eau de constante d’acidité KA1K_\text{A1}.


2.2 Exprimer la constante d’acidité KA1K_\text{A1} en fonction des concentrations en quantité de matière des espèces mises en jeu.


2.3 Calculer la concentration [H3O+][\text{H}_3\text{O}^+] de la solution d’acide sulfureux de pH=2,5\text{pH} = 2{,}5.


2.4 Exprimer [HSO3][\text{HSO}^{-}_3 ] en fonction de [H3O+][\text{H}_3\text{O}^+], puis calculer cette concentration.


2.5 Déduire des questions précédentes l’expression de [H2SO3][\text{H}_2\text{SO}_3] en fonction du pH\text{pH} et du pKA1\text{p}K_\text{A1} et calculer cette concentration.


2.6 Sachant que [SO32]=6,3×108[\text{SO}^{2-}_3] = 6{,}3 \times 10^{-8} mol·L-1, préciser si les valeurs de concentrations des espèces présentes en solution confirment l’espèce prédominante prévue par le diagramme de prédominance.
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Coups de pouce

2.1. Utiliser le couple H2SO3(aq)\text{H}_2\text{SO}_3 \text{(aq)}/HSO3(aq)\text{HSO}^-_3 \text{(aq)} pour écrire l'équation.

2.2 À l'aide des concentrations, écrire le KAK_\text{A} en utilisant éventuellement c° pour adimensionner le quotient.

2.3 Utiliser la définition du pH\text{pH}.

2.4 Établir l'expression à partir des coefficients stœchiométriques.

2.5 Penser à utiliser la relation pKA=log(KA)\text{p}K_\text{A} = - \log(K_\text{A}).

2.6 Comparer les concentrations des trois formes de l’acide sulfureux dans cette solution.

Doc. 5
Acide sulfurique et calcaire

L’acide sulfurique H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4 est aussi un diacide. Sa forme H2SO4\text{H}_2\text{SO}_4 est un acide fort tandis que HSO4(aq)\text{HSO}^-_4 \text{(aq)} est un acide de pKA3=1,9\text{p}K_\text{A3} = 1{,}9. Il s’obtient par hydratation du trioxyde de soufre SO3\text{SO}_3. Cet acide, que l’on considère totalement dissocié sous la forme (2 H3O+(aq)2\ \text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)} ; SO42(aq)\text{SO}^{2-}_4\text{(aq)}), réagit avec le calcaire CaCO3(s)\text{CaCO}_3\text{(s)} selon la réaction modélisée par :
CaCO3(s)+2 H3O+(aq)Ca2+(aq)+CO2(g)+3H2O(l)\text{CaCO}_3(\text{s}) + 2\ \text{H}_3\text{O}^+(\text{aq}) \leftrightarrows \text{Ca}^{2+}(\text{aq}) + \text{CO}_2(\text{g}) + 3\: \text{H}_2\text{O(l)}

Données

  • Masses molaires atomiques : M(C)=12,0M(\text{C}) = 12{,}0 g·mol-1, M(Ca)=40,1M(\text{Ca}) = 40{,}1 g·mol-1 et M(O)=16,0M(\text{O}) = 16{,}0 g·mol-1

Questions

3. Dégradation du calcaire

3.1 Préciser quel acide est le plus fort entre l’acide sulfurique et l’acide sulfureux. Justifier.


3.2 Préciser à quel couple acide-base correspond le pKA3\text{p}K_\text{A3}.

3.3 Calculer le volume minimal de solution aqueuse d’acide sulfurique de pH=3,0\text{pH} = 3{,}0 pour dégrader une masse de 2,02{,}0 g de calcaire d’une statue.
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Coups de pouce

3.1. Comparer les pKA\text{p}K_\text{A} des deux couples.

3.2 Identifier la base appartenant au couple pour lequel HSO4(aq)\text{HSO}^{-}_4 \text{(aq)} est la forme acide. H2SO4(aq)\text{H}_2\text{SO}_4 \text{(aq)}.

3.3 Utiliser un tableau d'avancement.
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