Physique-Chimie Terminale Spécialité
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Préparation aux épreuves du Bac
1. Constitution et transformations de la matière
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
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
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
Ch. 15
Étude d’un système thermodynamique
Ch. 16
Bilans d'énergie thermique
BAC
Thème 3
4. Ondes et signaux
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
Chapitre 3
Exercice corrigé
Titrage de l'acide benzoïque
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Énoncé
Compétence(s)
APP : Extraire l'information utile
REA : Appliquer une formule
REA : Appliquer une formule
D'après le sujet Bac S, Nouvelle-Calédonie, 2007.
L'acide benzoïque, de formule brute \text{C}_6\text{H}_5\text{COOH}, est un additif alimentaire connu sous le nom \text{E}210. On le rencontre notamment dans les jus de fruits.
On souhaite vérifier la solubilité de l'acide benzoïque dans l'eau, en réalisant un dosage avec suivi pH‑métrique. On dose 20{,}0 mL d'une solution d'acide benzoïque saturée à la concentration c_\text{A} par de la soude \text{(Na}^+\text{(aq) ; HO}^-\text{(aq))} de concentration c_\text{B} = 5{,}00 \times 10^{-2} mol⋅L-1. On relève le \text{pH} pour chaque ajout de solution titrante. La courbe \text{pH} = f(V_\text{B}) est représentée sur le ci‑contre.
1. Écrire l'équation de la réaction support du dosage.
2. Déterminer le volume à l'équivalence.
3. En déduire la concentration en quantité de matière en acide benzoïque c_\text{A} dans la solution saturée.
4. Comparer ce résultat avec les données.
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Données
- Solubilité à 24 °C de l'acide benzoïque dans l'eau : s_\text{tabulée} = 3{,}26 g⋅L-1
- Masse molaire de l'acide benzoïque : M = 122{,}0 g⋅mol-1
- Couples acide‑base : \text{C}_6\text{H}_5\text{COOH(aq)/} \text{C}_6\text{H}_5\text{COO}^-\text{(aq),} \text{H}_3\text{O}^+\text{(aq)/} \text{H}_2\text{O(l)} et \text{H}_2\text{O(l)/} \text{HO}^-\text{(aq)}
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Doc. Suivi pH‑métrique
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Solution rédigée
1. L'équation de la réaction support du dosage s'écrit :
2. Le volume à l'équivalence est déterminé à l'aide de la méthode des tangentes parallèles. Quand la courbe présente une symétrie, on peut tracer deux tangentes à la courbe, parallèles, de part et d'autre du saut de \text{pH}, puis une droite, parallèle et équidistante aux deux autres. Le point d'intersection de cette troisième droite avec la courbe a pour abscisse V_\text{E} = 10{,}8 mL.
3. À l'équivalence, on peut écrire :
n\text{(C}_6\text{H}_5\text{COOH)} = n\text{(HO}^-)_\text{E}
\text{[C}_6\text{H}_5\text{COOH]} ⋅ V = \text{[HO}^-] ⋅ V_\text{E}
c_\text{A}=\frac{c_\text{B} \cdot V_\text{E}}{V}
AN : c_\text{A}=\frac{5{,}00 \times 10^{-2} \times 10{,}8 \times 10^{-3}}{20{,}0 \times 10^{-3}}=2{,}70 \times 10^{-2} mol⋅L-1
4. La solubilité de la solution titrée se calcule avec la relation :
s = c_\text{A} ⋅ M
AN : s = 2{,}70 \times 10^{-2} \times 122{,}0 = 3{,}29 g⋅L-1
La valeur expérimentale est très proche de la valeur tabulée.
\mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{5} \mathrm{COOH}(\mathrm{aq})+\mathrm{HO}^{-}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{5} \mathrm{COO}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l})
2. Le volume à l'équivalence est déterminé à l'aide de la méthode des tangentes parallèles. Quand la courbe présente une symétrie, on peut tracer deux tangentes à la courbe, parallèles, de part et d'autre du saut de \text{pH}, puis une droite, parallèle et équidistante aux deux autres. Le point d'intersection de cette troisième droite avec la courbe a pour abscisse V_\text{E} = 10{,}8 mL.
3. À l'équivalence, on peut écrire :
n\text{(C}_6\text{H}_5\text{COOH)} = n\text{(HO}^-)_\text{E}
\text{[C}_6\text{H}_5\text{COOH]} ⋅ V = \text{[HO}^-] ⋅ V_\text{E}
c_\text{A}=\frac{c_\text{B} \cdot V_\text{E}}{V}
AN : c_\text{A}=\frac{5{,}00 \times 10^{-2} \times 10{,}8 \times 10^{-3}}{20{,}0 \times 10^{-3}}=2{,}70 \times 10^{-2} mol⋅L-1
4. La solubilité de la solution titrée se calcule avec la relation :
s = c_\text{A} ⋅ M
AN : s = 2{,}70 \times 10^{-2} \times 122{,}0 = 3{,}29 g⋅L-1
La valeur expérimentale est très proche de la valeur tabulée.
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Protocole de réponse
1. Identifier le type de réaction support du
dosage (acide‑base ou autre).
Identifier l'acide et la base qui vont réagir ensemble.
Écrire les deux demi‑équations :
\mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{5} \mathrm{COOH}(\mathrm{aq}) \rightleftarrows \mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{5} \mathrm{COO}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq})
\mathrm{HO}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}) \rightleftarrows \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l})
Combiner les deux demi‑équations pour obtenir l'équation de la réaction.
2. Choisir la méthode la plus appropriée pour déterminer le volume à l'équivalence : la méthode des tangentes parallèles ou, lorsque l'information est disponible, la méthode de la dérivée.
3. Écrire la relation entre les quantités de matière à l'équivalence. En déduire la relation entre les concentrations.
Calculer la concentration de la solution d'acide benzoïque.
4. Rappeler la définition de la solubilité d'un soluté dans un solvant.
Déterminer le titre massique de la solution et le comparer à la solubilité de l'acide benzoïque dans l'eau.
Identifier l'acide et la base qui vont réagir ensemble.
Écrire les deux demi‑équations :
\mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{5} \mathrm{COOH}(\mathrm{aq}) \rightleftarrows \mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{5} \mathrm{COO}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq})
\mathrm{HO}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}) \rightleftarrows \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l})
Combiner les deux demi‑équations pour obtenir l'équation de la réaction.
2. Choisir la méthode la plus appropriée pour déterminer le volume à l'équivalence : la méthode des tangentes parallèles ou, lorsque l'information est disponible, la méthode de la dérivée.
3. Écrire la relation entre les quantités de matière à l'équivalence. En déduire la relation entre les concentrations.
Calculer la concentration de la solution d'acide benzoïque.
4. Rappeler la définition de la solubilité d'un soluté dans un solvant.
Déterminer le titre massique de la solution et le comparer à la solubilité de l'acide benzoïque dans l'eau.
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Mise en application
Se reporter à l', Titrage d'un détartrant pour cafetière, pour travailler cette notion.
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j'ai une idée !
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