Indicateur coloré et titrage : l'exercice 2 du Bac S 2003 Centres étrangers

Cet exercice de chimie de 4 points, à traiter en 52 minutes environ, réunit deux grands classiques de l'acide-base. La première partie fait identifier un indicateur coloré à partir de mesures de pH. La seconde fait doser une solution d'acide chlorhydrique concentrée pour vérifier l'indication portée sur l'étiquette du flacon. Les calculs sont nombreux mais enchaînés : chaque résultat sert à la question suivante.

Identification d'un indicateur coloré

La solution d'indicateur a une concentration apportée de 2,90 × 10⁻⁴ mol/L et un pH de 4,18, d'où une concentration en ions oxonium de 6,6 × 10⁻⁵ mol/L. Le taux d'avancement final est le rapport de l'avancement final à l'avancement maximal ; le volume se simplifie et l'on trouve τ = 0,23. Comme τ est inférieur à 1, l'acide n'est pas totalement dissocié : la transformation est limitée. La justification attendue est bien cette comparaison, pas un simple « non ».

L'expression de la constante d'acidité fait intervenir les concentrations à l'équilibre de Ind⁻, de H3O⁺ et de HInd, sans l'eau, qui est le solvant. Avec KA = 1,9 × 10⁻⁵, on obtient pKA = 4,7, valeur qui correspond dans le tableau au vert de bromocrésol.

Le titrage conductimétrique

La solution concentrée S0 est diluée 1 000 fois puis titrée par la soude. L'équation de la réaction support s'écrit entre les ions oxonium et hydroxyde : H3O⁺ + HO⁻ → 2 H2O, les ions chlorure et sodium étant spectateurs. Sur le document de conductimétrie, les points s'alignent sur deux droites ; leur intersection donne VE = 11,2 mL. Lire l'abscisse du point expérimental le plus bas, 11 mL, est une erreur fréquente.

À l'équivalence, C1·V1 = CB·VE donne C1 = 1,12 × 10⁻² mol/L, puis C0 = 11,2 mol/L en tenant compte de la dilution. Un litre de S0 contient alors 409 g de chlorure d'hydrogène et pèse 1 160 g, d'où un pourcentage massique de 35,3 %. L'étiquette annonce « 33 % minimum » : elle est donc correcte, puisque le mot minimum ne fixe qu'une borne inférieure.

Choix de l'indicateur

Sur la courbe pH-métrique simulée, la zone de virage du vert de bromocrésol (3,8 à 5,4) se place sur l'axe des pH, pas sur l'axe des volumes. La solution passe du jaune au bleu, avec une teinte verte vers 11 mL. Mais le pH à l'équivalence vaut 7,0, en dehors de cette zone : le bleu de bromothymol, dont la zone de virage va de 6,0 à 7,6, est mieux adapté. Le saut de pH étant presque vertical, l'erreur commise avec le vert de bromocrésol reste faible, mais le critère attendu est l'appartenance du pH à l'équivalence à la zone de virage.

Conseils

Gardez deux ou trois chiffres significatifs cohérents avec les données, écrivez systématiquement la relation à l'équivalence avant de calculer, et tracez proprement les droites de la courbe de conductimétrie. Ces méthodes sont toujours au programme de la spécialité actuelle.