Un exercice complet sur le titrage d'un acide faible
Cet exercice de 4 points du bac S 2008 Antilles-Guyane (rattrapage, ancien programme) suit une démarche très classique : titrer une solution d'acide carboxylique R-COOH par une solution d'hydroxyde de sodium de concentration Cb = 2,5 × 10-2 mol/L, puis exploiter la courbe de pH pour identifier l'acide. Il couvre en un seul sujet le montage, le tableau d'avancement, l'équivalence, la constante d'acidité et la demi-équivalence. C'est donc un excellent entraînement de révision sur la chimie des acides et des bases.
Partie 1 : le titrage et l'équivalence
La première question demande un schéma légendé du dispositif : burette graduée contenant la solution titrante, bécher contenant les 50,0 mL de solution titrée, sonde du pH-mètre, agitateur magnétique et barreau aimanté. Une légende incomplète coûte des points, il faut nommer la verrerie et préciser le contenu de chaque récipient. L'équation de titrage s'écrit RCOOH + HO- = RCOO- + H2O, les ions sodium étant spectateurs.
Le tableau d'avancement se remplit avec CaVa et CbVb : on raisonne comme si le volume versé était ajouté d'un seul coup. L'équivalence est définie comme l'état où les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. La méthode des tangentes parallèles donne VbE = 10,0 mL, et la relation CaVa = CbVbE conduit à Ca = 5,0 × 10-3 mol/L. Le corrigé montre comment tracer proprement les tangentes sur l'annexe : sans traits de construction, la lecture seule ne rapporte pas tous les points.
Partie 2 : identifier l'acide grâce à la demi-équivalence
On écrit d'abord la constante d'acidité KA, en rappelant que l'eau, solvant, n'y figure pas. En prenant l'opposé du logarithme, on obtient pH = pKA + log([RCOO-]/[RCOOH]). Les questions suivantes guident vers un résultat central : pour Vb = VbE/2, les ions hydroxyde sont le réactif limitant, xf = CbVbE/2, et les concentrations de l'acide et de sa base conjuguée sont égales. Le quotient vaut 1, donc pH = pKA.
Il ne reste qu'à lire la courbe : pour Vb = 5,0 mL, le pH vaut 4,8. Le tableau de données désigne alors le couple de l'acide éthanoïque, H3C-COOH, le groupe R étant le méthyle CH3.
Les pièges à éviter
Le piège le plus fréquent consiste à lire le pH au point d'équivalence, autour de 8, au lieu de la demi-équivalence. Autre erreur classique : inverser le quotient dans la relation de Henderson, alors que la base est au numérateur. Enfin, garder deux chiffres significatifs pour Ca, comme la donnée Cb.
Conseils pour réussir
Retiens la chaîne logique de l'exercice : équivalence pour la concentration, demi-équivalence pour le pKA. Entraîne-toi à rédiger chaque démonstration en citant la ligne du tableau d'avancement utilisée, c'est exactement ce que le correcteur attend.