Un exercice de chimie des solutions sur 5 points

L'exercice 3 du bac S 2020 de Nouvelle-Calédonie porte sur le bicarbonate de sodium alimentaire, NaHCO₃. Prévu pour environ 55 minutes, il est réservé aux candidats qui n'ont pas choisi la spécialité, ceux-ci traitant l'exercice « Du soleil en bouteille ». Il comporte deux parties : un titrage pH-métrique pour déterminer la pureté de la poudre, puis l'étude de sa décomposition thermique et de deux usages courants.

Partie 1 : la pureté du bicarbonate de sodium

Question 1.1 : préparer la solution S₀

C'est une dissolution : pesée de 10,0 g de poudre, transfert dans une fiole jaugée de 1,00 L, rinçage de la coupelle et de l'entonnoir, ajustement au trait de jauge puis homogénéisation. Citer un bécher ou une éprouvette graduée coûte des points : seule la fiole jaugée garantit le volume.

Questions 1.2 et 1.3 : espèces prédominantes et réaction support

On lit le pH sur la courbe de titrage, puis on le reporte sur le diagramme de distribution. Au départ, à pH ≈ 8,2, l'ion HCO₃⁻ prédomine ; en fin de titrage, à pH ≈ 1,7, c'est le couple (CO₂,H₂O). L'ion hydrogénocarbonate se comporte donc comme une base face aux ions H₃O⁺. Le piège : cet ion est amphotère, et écrire CO₃²⁻ dans les produits revient à choisir le mauvais couple.

Question 1.4 : l'équivalence et l'ajout d'eau

À l'équivalence, réactif titré et réactif titrant ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. L'eau ajoutée dans le bécher change la concentration mais pas la quantité de matière d'ions HCO₃⁻ : le volume équivalent est inchangé. Tout repose sur la distinction entre concentration et quantité de matière.

Question 1.5 : le degré de pureté

Le maximum de la courbe dérivée donne V_E ≈ 11,7 mL. On en déduit la quantité titrée dans la prise d'essai, 2,34 × 10⁻³ mol, puis la quantité dans la solution mère, 0,117 mol, en tenant compte du rapport des volumes. La masse de bicarbonate vaut 9,83 g, soit un degré de pureté de 98,3 %. L'oubli le plus fréquent est ce passage de la prise d'essai de 20,0 mL à la fiole de 1,00 L. Le corrigé précise aussi que toute lecture de V_E entre 11,5 et 12,0 mL reste recevable.

Partie 2 : la décomposition thermique

Questions 2.1 et 2.2 : quelle équation choisir ?

Les 286 mL de gaz recueillis correspondent à 1,19 × 10⁻² mol de CO₂, à condition de convertir le volume en litres. Les 2,0 g chauffés représentent 2,4 × 10⁻² mol de NaHCO₃ : il se forme une mole de gaz pour deux moles de solide, ce qui désigne l'équation (2).

Questions 2.3.1 et 2.3.2 : en cuisine et contre le feu

À la cuisson, le dioxyde de carbone libéré fait gonfler la pâte. Dans un extincteur, ce gaz, plus dense que l'air, reste au niveau du sol et prive le foyer de dioxygène : la combustion s'arrête faute de comburant.

Conseils

Pour la question 1.5, annoncez les étapes, écrivez chaque relation littérale avant le calcul et gardez trois chiffres significatifs. Le corrigé détaillé reprend toute la démarche, avec les conversions d'unités à ne pas oublier.