La chimie d'une chaufferette de randonneur

Cet exercice du bac S Métropole rattrapage 2011, noté sur 4 points (environ 52 minutes), s'appuie sur un article de vulgarisation : une chaufferette contient une solution aqueuse d'acétate de sodium, ou éthanoate de sodium, qui libère de l'énergie en se solidifiant. Deux parties indépendantes permettent d'abord d'étudier les propriétés acido-basiques de l'ion éthanoate, puis de vérifier par un titrage que la solution de la chaufferette est bien saturée.

Partie 1 : l'ion éthanoate, une base faible

L'ion éthanoate CH₃COO^- est une base de Brönsted car il peut capter un ion H⁺ pour former l'acide éthanoïque : le couple est CH₃COOH / CH₃COO^-, et le corrigé rappelle d'écrire l'acide à gauche. Le tableau d'avancement de la réaction avec l'eau se construit avec l'eau en solvant, puis le pH de 8,9 donne [H₃O⁺] = 1,3 × 10^-9 mol·L^-1 et, grâce au produit ionique K_e, [HO^-] = 7,9 × 10^-6 mol·L^-1.

L'avancement à l'équilibre vaut x_éq = [HO^-]·V = 7,9 × 10^-7 mol, à condition de convertir le volume en litres. Le taux d'avancement final, rapport de x_éq à x_max = 1,0 × 10^-2 mol, vaut environ 7,9 × 10^-5 : la transformation est très limitée, ce qui explique le pH à peine basique.

Partie 2 : le titrage pH-métrique

La solution de la chaufferette, trop concentrée, est diluée 100 fois avant d'être titrée par l'acide chlorhydrique à 2,0 × 10^-1 mol·L^-1. Après le schéma légendé du montage (burette, bécher, sonde de pH et agitateur magnétique), il faut définir l'équivalence : le réactif titré et le réactif titrant ont été introduits dans les proportions stœchiométriques, d'où n_i(CH₃COO^-) = n_E(H₃O⁺).

Sur la figure 5, le maximum de la courbe dérivée donne V_E ≈ 8,9 mL ; le corrigé indique qu'une lecture entre 8,8 et 9,0 mL reste acceptable et que la méthode des tangentes parallèles mène au même résultat. On en déduit C₁ = 7,1 × 10^-2 mol·L^-1, puis C₀ = 7,1 mol·L^-1 après le facteur de dilution 100.

Cette concentration dépasse la solubilité de 4,5 mol·L^-1 à 25 °C : la solution est sursaturée, ce qui explique la solidification brutale quand on actionne le disque. La masse d'éthanoate de sodium dissoute, environ 58 g, représente à peu près 45 % de la masse de 130 g de solution : l'indication « au moins 20 % » du texte est donc vérifiée.

Pièges et conseils

Ne confonds pas la masse de soluté avec la masse totale de solution, garde la valeur non arrondie de [H₃O⁺] dans la calculatrice et justifie toujours la lecture graphique du volume équivalent. Cet exercice mobilise des réflexes acido-basiques qui restent pleinement utiles pour les sujets actuels.