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Exercices Objectif Bac
P.193-194

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Objectif
Pictogramme de Bac





Comprendre les attendus

34
Arc-en-ciel végétal

APP : Maîtriser le vocabulaire du cours
COM : Rédiger correctement une résolution d'exercice

Certaines fleurs possèdent des pigments naturels dont la couleur dépend du pH\text{pH}. La couleur violette est due à une molécule amphotère que l’on note AH(aq)\text{AH(aq)}.

1. Écrire l’équation de la réaction de AH(aq)\text{AH(aq)} en tant qu’acide avec l’eau.


2. Donner l’expression de la constante d’équilibre KA2K_\text{A2} de cette réaction, puis la calculer.


3. Le pH\text{pH} d’une solution contenant AH(aq)\text{AH(aq)} est égal à 1010. Exprimer littéralement le rapport [A]eq[AH]eq\dfrac{\left[\text{A}^{-}\right]_\text{eq}}{\text{[AH]}_\text{eq}} et en déduire la couleur de la solution.


4. Écrire l’équation de la réaction de AH(aq)\text{AH(aq)} en tant que base avec l’eau.


5. Donner l’expression de la constante d’équilibre de la réaction en fonction de KA1K_\text{A1}.


6. Réaliser le diagramme de prédominance des espèces AH2+(aq)\text{AH}_2^+\text{(aq)}, AH(aq)\text{AH(aq)} et A(aq)\text{A}^-\text{(aq)}.
Couleurs
Formes
Dessinez ici

7. Déterminer le domaine de pH\text{pH} pour lequel la molécule est bleue.
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Arc-en-ciel végétal

Données
  • pKA\textbf{p}\bm K_\textbf{A} des espèces colorées : pKA1=4,3\text{p}K_\text{A1} = 4{,}3 et pKA2=7,0\text{p}K_\text{A2} = 7{,}0
  • Couleur de AH2+(aq)\textbf{AH}_\bm{2}^\bm{+}\textbf{(aq)} : rouge
  • Couleur de AH(aq)\textbf{AH(aq)} : violette
  • Couleur de A(aq)\textbf{A}^-\textbf{(aq)} : bleue

Détails du barème

TOTAL / 4 pts
1. Écrire une équation acide-base sans oublier les états physiques.
0,5 pt
2. Écrire la constante d’équilibre.
0,5 pt
3. Effectuer le calcul littéral.
0,5 pt
Effectuer un calcul et conclure.
0,5 pt
4. Écrire une équation acide-base sans oublier les états physiques.
0,5 pt
5. Écrire une constante d’équilibre.
0,25 pt
Effectuer un calcul littéral.
0,25 pt
6. Tracer un diagramme de prédominance.
0,5 pt
7. Savoir analyser les informations et conclure.
0,5 pt

35
Bleu de bromophénol

REA : Utiliser un modèle
VAL : Analyser des résultats

D’après le sujet Bac S, Liban, 2008.

Le bleu de bromophénol (BBP) est un indicateur coloré dont la forme acide notée HInd(aq)\text{HInd(aq)} est jaune et la forme basique notée Ind(aq)\text{Ind}^-\text{(aq)} est bleue.

1. Le pH\text{pH} de la solution S0\text{S}_0 vaut 4,74{,}7. Préciser si HInd\text{HInd} est un acide fort.


2. Tracer le diagramme de prédominance des formes acide et basique du BBP. Justifier.
Couleurs
Formes
Dessinez ici


3. Établir la relation entre pH\text{pH}, pKA\text{p}K_\text{A}, [HInd]\text{[HInd]} et [Ind][\text{Ind}^-].


4. Vérifier par un calcul que la concentration de la forme acide [HInd]\text{[HInd]} est négligeable dans la solution S1\text{S}_1.
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Doc. 1
Concentrations des formes acide et basique

Concentrations des formes acide et basique

Doc. 2
Solutions étudiées

  • Solution S0\text S_0 : solution de BBP de concentration c0=3,0×105c_0 = 3{,}0 \times 10^{-5} mol⋅L-1.
  • Solution S1\text{S}_1 : solution bleue, de pH=12,0\text{pH} = 12{,}0, même concentration en BBP.

Supplément numérique

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36
Synthol

APP : Maîtriser le vocabulaire du cours
VAL : Faire preuve d’esprit critique

Le Synthol est un médicament créé en 1925 par le pharmacien Paul Ernest Roger. On s'intéresse ici à un seul de ses composants : l’acide salicylique, noté AH(aq)\text{AH(aq)}.

Pour 100100 g de Synthol, on a 0,01050{,}0105 g d’acide salicylique.

Pour étudier l’acidité de l’acide salicylique, une quantité de matière n0=7,20×104n_0 = 7{,}20 \times 10^{-4} mol est dissoute dans un volume V0=100,0V_0 = 100{,}0 mL. Après agitation, le pH\text{pH} de la solution vaut 2,62{,}6.

1. Écrire l’équation de la réaction de l’acide salicylique avec l’eau. Préciser s'il s'agit d'une transformation totale.


2. Calculer la concentration réelle d’acide salicylique dans la solution pharmaceutique.


3. Pour vérifier cette valeur, le dosage acide-base d’un volume V=100V = 100 mL de Synthol est réalisé avec une solution d’hydroxyde de sodium. On suppose que l’acide salicylique est le seul composé acide dans le Synthol. L’équation de la réaction support du titrage est : AH(aq)+HO(aq)A(aq)+H2O(l)\mathrm{AH}(\mathrm{aq})+\mathrm{HO}^{-}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{A}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l})

a. Définir l’équivalence, puis en déduire la relation entre les quantités de matière d’acide salicylique et d’ions hydroxyde.


b. Pour obtenir un volume équivalent VEV_\text{E} compris entre 5,05{,}0 mL et 20,020{,}0 mL, donner un encadrement de la concentration de soude nécessaire.


À l’aide d’un logiciel de simulation, il est établi qu’à l’équivalence, le pH\text{pH} est environ égal à 77.

4. Choisir en justifiant l’indicateur coloré le plus adapté.
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Quelques indicateurs colorés
Indicateur coloré Teinte acide Zone de virage Teinte basique
Hélianthine rouge 3,2 - 4,4 jaune
Bleu de bromothymol jaune 6,0 - 7,6 bleu
Phénolphtaléine incolore 8,2 - 10,0 rose

Données
  • Formule brute de l’acide salicylique : C7H6O3\mathrm{C}_{7} \mathrm{H}_{6} \mathrm{O}_{3}
  • Masse volumique du Synthol : ρ=0,950\rho = 0{,}950 g⋅mL-1

Synthol

37
Vitamine C

REA : Élaborer un protocole
VAL : Évaluer les incertitudes

On souhaite vérifier les indications d’une boîte de comprimés concernant la masse d’acide ascorbique.

Une solution SA\text{S}_\text{A} de volume V=200,0V = 200{,}0 mL est alors préparée à partir d’un comprimé entier. Un volume VA=(20,0±0,1)V_\text{A}=(20{,}0 \pm 0{,}1) mL de la solution SA\text{S}_\text{A} est alors prélevé, puis titré par une solution d’hydroxyde de sodium.

1. Rédiger le protocole de préparation de la solution SA\text{S}_\text{A}.


2. Écrire l’équation de la réaction support du titrage.


3. Avec une solution d’hydroxyde de sodium de concentration cB=(1,50±0,02)×102c_{\mathrm{B}}=(1{,}50 \pm 0{,}02) \times 10^{-2} mol⋅L‑1, le volume versé à l’équivalence vaut (9,1±0,19{,}1 \pm 0{,}1) mL.

a. En déduire la masse expérimentale d’acide ascorbique dans le comprimé.


b. Déterminer l’incertitude relative u(mexp)mexp\dfrac{u\left(m_{\exp }\right)}{m_{\exp }}.


c. Vérifier la cohérence du résultat avec la mention portée sur la boîte de comprimés (doc. 1).


4. La masse d’ascorbate de sodium correspond à celle indiquée sur l’emballage. L’étiquette précise également que la masse totale des deux espèces conjuguées est équivalente à 500500 mg d’acide ascorbique. Vérifier cette information par un calcul.


5. Cette formulation peut être dite « tamponnée ». Expliquer pourquoi.
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Données
  • pKA\textbf{p}\bm K_\textbf{A} considéré à 37\bm{37} °C : pKA=4,1\text{p}K_\text{A}= 4{,}1
  • Formule brute de l’acide ascorbique : C6H8O6\mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{8} \mathrm{O}_{6}
  • Masse molaire : M(acide ascorbique)=176,1M(\text{acide ascorbique})=176{,}1 g⋅mol-1 et M(ascorbate de sodium)=198,1M(\text{ascorbate de sodium})=198{,}1 g⋅mol-1

Doc 1
Extrait de l’emballage

La vitamine C est commercialisée sous forme de comprimés à croquer dont la composition est :
  • acide ascorbique : 250 mg ;
  • ascorbate de sodium : 285 mg ;
  • excipients : sucres, arômes artificiels.

Doc 2
Calcul d'incertitude

Il est admis que l’incertitude sur la masse expérimentale de l’acide ascorbique ne dépend que du volume équivalent et de la concentration de la solution d’hydroxyde de sodium :
(u(mexp)mexp)2=(u(VE)VE)2+(u(cB)cB)2+(u(VA)VA)2\left(\dfrac{u\left(m_{\exp }\right)}{m_{\exp }}\right)^{2}=\left(\dfrac{u\left(V_\text{E}\right)}{V_\text{E}}\right)^{2}+\left(\dfrac{u\left(c_\text{B}\right)}{c_\text{B}}\right)^{2}+\left(\dfrac{u\left(V_\text{A}\right)}{V_\text{A}}\right)^{2}
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