Injections alcalinisantes : l'exercice 1 du Bac S 2003 Nouvelle-Calédonie

Cet exercice de chimie de 4 points se traite en une cinquantaine de minutes, sans calculatrice. Il part d'une situation médicale : pour traiter un excès d'acidité, on injecte des solutions d'hydrogénocarbonate de sodium ou de lactate de sodium. L'élève doit d'abord identifier les groupes caractéristiques de l'acide lactique, puis contrôler la concentration d'une solution commerciale de lactate par un titrage pH-métrique, vérifier que la réaction de titrage est totale, et enfin expliquer l'effet de ces injections sur le pH.

Questions 1 et 2 : groupes caractéristiques et ion lactate

La molécule d'acide lactique porte un groupe hydroxyle, lié au carbone central et caractéristique de la fonction alcool, et un groupe carboxyle en bout de chaîne, caractéristique de la fonction acide carboxylique. Le piège classique consiste à entourer seulement la double liaison C=O, ou à prendre le OH du groupe carboxyle pour un second groupe hydroxyle. Pour écrire l'ion lactate, il faut retirer l'hydrogène acide, celui du groupe carboxyle : on obtient CH3-CH(OH)-COO-. Le groupe OH de l'alcool reste intact.

Question 3 : le titrage pH-métrique

L'équation du titrage s'écrit entre la base A- et l'ion oxonium, qui donnent AH et de l'eau. Les ions sodium et chlorure sont spectateurs. Le volume équivalent se lit sur la courbe dérivée fournie en annexe : quand on verse un acide dans une base, le pH diminue, et l'équivalence correspond donc à un creux de la dérivée, et non à un pic. On lit V2E voisin de 19,5 mL. La relation à l'équivalence, C1V1 = C2V2E, donne alors C1 voisin de 0,98 mol/L.

La partie suivante vérifie le caractère total de la réaction. Après 9,0 mL d'acide versé, la quantité d'ions oxonium introduite vaut 9,0 x 10^-3 mol. À pH = 4,0, la quantité encore présente dans le mélange de 29,0 mL n'est que de 2,9 x 10^-6 mol, soit environ 3000 fois moins. Le taux d'avancement est donc pratiquement égal à 1 : la transformation est totale. Deux erreurs reviennent souvent : laisser le volume en millilitres, ce qui donne un résultat mille fois trop grand, et multiplier par le seul volume d'acide versé au lieu du volume total du mélange.

Question 4 : effet de l'injection sur le pH

L'ion hydrogénocarbonate réagit avec les ions oxonium en jouant le rôle de base du couple (CO2, H2O)/HCO3-. Choisir le couple HCO3-/CO3^2- serait une erreur, car l'ion y est l'acide. Les ions lactate et hydrogénocarbonate consomment les ions oxonium en excès, la concentration en H3O+ diminue et le pH remonte : c'est ce qui justifie le nom de solution alcalinisante.

Conseils pour réussir

Sans calculatrice, choisissez des écritures qui simplifient les puissances de dix et comparez des ordres de grandeur plutôt que de chercher des décimales. Soignez la méthode graphique en la nommant explicitement, et rédigez la conclusion sur la réaction totale en citant les deux quantités comparées. Le corrigé détaillé reprend chaque question avec la copie attendue et les encarts de méthode.