Physique-Chimie Terminale Spécialité

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Préparation aux épreuves du Bac

1. Constitution et transformations de la matière

Composition et évolution d'un système

Ouverture de thème p. 16-17

Ch. 1

Modélisation des transformations acide-base

Ch. 2

Analyse physique d'un système chimique

Ch. 3

Méthode de suivi d'un titrage

Ch. 4

Évolution temporelle d'une transformation chimique

Ch. 5

Évolution temporelle d'une transformation nucléaire

BAC

Thème 1

Prévision et stratégie en chimie

Ouverture de thème p. 146-147

Ch. 6

Évolution spontanée d'un système chimique

Ch. 7

Équilibres acide-base

Ch. 8

Transformations chimiques forcées

Ch. 9

Structure et optimisation en chimie organique

Ch. 10

Stratégies de synthèse

BAC

Thème 1 bis

2. Mouvement et interactions

Ouverture de thème

p. 290-291

Ch. 11

Description d'un mouvement

Ch. 12

Mouvement dans un champ uniforme

Ch. 13

Mouvement dans un champ de gravitation

Ch. 14

Modélisation de l'écoulement d'un fluide

BAC

Thème 2

3. Conversions et transferts d'énergie

Ouverture de thème

p. 402-403

Ch. 15

Étude d’un système thermodynamique

Ch. 16

Bilans d'énergie thermique

BAC

Thème 3

4. Ondes et signaux

Ouverture de thème

p. 462-463

Ch. 17

Propagation des ondes

Ch. 18

Interférences et diffraction

Ch. 19

Lunette astronomique

Ch. 20

Effet photoélectrique et enjeux énergétiques

Ch. 21

Évolutions temporelles dans un circuit capacitif

BAC

Thème 4

Annexes

Ch. 22

Méthode

Thème 1
Sujet Bac expérimental 7

Vinaigre et constante d'acidité

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Énoncé

Le couple acide éthanoïque/ion éthanoate est caractérisé par sa constante d'acidité.

Comment déterminer la constante d'acidité d'un couple par conductimétrie ?

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Crédits : Brent Hofacker/Shutterstock

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Doc. 1
Principe de la conductimétrie

Un conductimètre mesure la résistance ou la conductance d'une portion de solution comprise entre deux plaques de platine (la cellule conductimétrique) de surface

S

, distantes de

l

R = \frac{l}{s \cdot σ}

R

: résistance (

Ω

)

l

: distance entre les plaques (m)

S

: surface des plaques (m²)

G = \frac{1}{R} = \frac{S}{l} \cdot σ = \frac{σ}{k}

G

: conductance (S)

σ

: conductivité (S⋅m^-1)

k

: constante de cellule (m^-1)

Dans une solution, la conductivité est assurée par la présence d'ions qui sont les porteurs de charge mobiles. La conductivité dépend de tous les ions en solution :

σ = Σ_{i} λ_{i} \cdot [X_{i}]

σ

: conductivité de la solution (S⋅m^-1)

λ_{i}

: conductivité molaire ionique de

X_{i} (aq)

(S⋅m²⋅mol^-1)

[X_{i}]

: concentration de

X_{i} (aq)

(mol⋅m^-3)

Par exemple, la conductivité d'une solution de chlorure de sodium (

Na^{+} (aq)

;

Cl^{-} (aq)

) s'exprime :

σ = λ_{N a} \cdot [N a^{+}] + λ_{C l} \cdot [C l^{-}]

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Doc. 2
Schéma de principe d'un conductimètre

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Crédits : lelivrescolaire.fr

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Doc. 3
Acide éthanoïque

L'acide éthanoïque est un acide carboxylique de formule brute

C_{2} H_{4} O_{2} (aq)

que l'on peut trouver dans le vinaigre par exemple.

C'est un acide faible qui réagit avec l'eau selon la réaction

CH_{3} COOH(aq) + H_{2} O (l) ⇆ CH_{3} COO^{-} (aq) + H_{3} O^{+} (aq)

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Doc. 4
Matériel nécessaire

Solution d'acide éthanoïque de concentration $c = 1, 0 \times 1 0^{- 1}$ mol⋅L^-1
Conductimètre étalonné
Fiole jaugée de 50,0 mL
Pipettes jaugées de 5,00 mL et 10,0 mL
Éprouvette graduée de 50 mL
Éprouvette graduée de 250 mL
Béchers
Pissette d'eau distillée
Papier joseph

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Doc. 5
Constante d'acidité

Un couple acide-base

AH(aq) / A^{-} (aq)

est caractérisé par sa constante d'acidité

K_{A}

, grandeur sans unité, définie par :

K_{A} = \frac{[ H _{3} O ^{+} ] _{e q} \cdot [ A ^{-} ] _{e q}}{[ A H ] _{e q} \cdot c ^{\circ}}

[H_{3} O^{+}] eq

: concentration en ion oxonium (mol⋅L^-1)

[A^{-}] eq

: concentration de la forme basique (mol⋅L^-1)

[AH] eq

: concentration de la forme acide (mol⋅L^-1)

c °

: concentration standard égale à

c ° = 1

mol⋅L^-1

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Données

Couples acide-base : $CH_{3} COOH (aq)$ / $CH_{3} COO^{-} (aq)$ et $H_{3} O^{+} (aq)$ / $H_{2} O (l)$
$p K_{A}$ de l'acide éthanoïque à 25 °C : $p K_{A} = 4, 76$
Conductivités molaires ioniques : $λ (CH_{3} COO^{-}) = 4, 1 \times 1 0^{- 3}$ S⋅m²⋅mol^-1 et $λ (H_{3} O^{+}) = 35, 0 \times 1 0^{- 3}$ S⋅m²⋅mol^-1

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Questions

1
Préparation d'une solution diluée (20 minutes conseillées)
La solution d'acide éthanoïque

S_{0}

est trop concentrée, elle risque de saturer le conductimètre.

1. Proposer un protocole expérimental permettant de préparer, à partir de la solution

S_{0}

, 50 mL d'une solution

S_{1}

de concentration

c_{1} = 1, 0 \times 1 0^{- 2}

mol⋅L^-1.

Appeler le professeur pour lui présenter le protocole, ou en cas de difficulté.

Appel n°1

2
Détermination de la conductivité (15 minutes conseillées)
3. Mesurer la conductivité de la solution

S_{1}

4. Préciser quels sont les ions en solution.

5. En utilisant les documents, exprimer la conductivité de la solution en fonction des concentrations des ions présents.

Appeler le professeur pour lui présenter vos résultats, ou en cas de difficulté.

Appel n°2

3
Constante d'acidité (25 minutes conseillées)
6. Exprimer la constante d'acidité de l'acide éthanoïque.

7. Montrer que la mesure de la conductivité permet d'accéder à l'estimation de la constante d'acidité.

8. Calculer la constante d'acidité.

9. Comparer le résultat avec la valeur théorique et énoncer les sources d'erreurs possibles.

Appeler le professeur pour lui présenter vos résultats, ou en cas de difficulté.

Appel n°3

Défaire le montage et ranger la paillasse

Se Préparer aux ECE

Réaliser un schéma présentant une méthode de détermination de concentration d'espèce en solution par mesure conductimétrique. Préciser la condition concernant l'espèce chimique étudiée pour qui la mesure de la conductance permet véritablement de déterminer la grandeur souhaitée.

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Vinaigre et constante d'acidité

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Principe de la conductimétrie

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Schéma de principe d'un conductimètre

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Acide éthanoïque

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Matériel nécessaire

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