Un déboucheur et un savon pour réviser l'acide-base

Cet exercice de chimie de 6,5 points, prévu pour environ 1 h 18, est le plus long du sujet du bac S 2008 de Nouvelle-Calédonie. Il comporte deux parties indépendantes. La première analyse un déboucheur de canalisations, présenté comme une solution concentrée d'hydroxyde de sodium, d'abord par un titrage avec indicateur coloré, puis par un titrage pH-métrique qui révèle la présence d'ammoniac. La seconde porte sur la fabrication et les propriétés du savon.

Titrage avec indicateur coloré

La réaction support est celle des ions oxonium avec les ions hydroxyde. Sa constante d'équilibre est l'inverse du produit ionique de l'eau, soit 1,0 × 10¹⁴ : la transformation est quasi totale, condition nécessaire pour un titrage. À l'équivalence, les quantités de réactifs sont dans les proportions de l'équation, ce qui donne une concentration de 6,0 × 10^-2 mol/L pour la solution diluée. Le piège classique consiste à diviser par le volume total du bécher : la quantité titrée est celle des 50,0 mL prélevés. L'équivalence se repère au virage du bleu de bromothymol, du bleu au vert. Avec la dilution au centième, la solution commerciale est à 6,0 mol/L, ce que confirme le calcul tiré de l'étiquette, à condition d'exprimer la masse volumique en grammes par litre.

Ammoniac et titrage pH-métrique

L'ammoniac réagit avec les ions oxonium selon une réaction de constante K₂ égale à 1,6 × 10⁹, l'inverse de la constante d'acidité du couple ion ammonium / ammoniac. Le diagramme de prédominance a une frontière unique à pH = 9,2. La courbe montre deux sauts de pH, repérés plus nettement par les deux minimums de la dérivée. Au premier point d'équivalence, le pH vaut environ 10,6 : il est supérieur au pK_A, l'ammoniac est donc encore présent. Au second, vers 5,5, il a entièrement réagi. Les volumes lus, 12,8 mL et 15,3 mL, donnent une concentration en ions hydroxyde de 5,1 × 10^-2 mol/L. L'erreur la plus coûteuse est de prendre 15,3 mL comme volume ayant dosé l'ammoniac : seule la différence, 2,5 mL, lui correspond, d'où une concentration de 1,0 × 10^-2 mol/L. La somme des deux concentrations redonne le résultat du premier titrage, l'indicateur ayant viré près de la seconde équivalence.

Synthèse et propriétés du savon

Le montage attendu est un chauffage à reflux, avec un réfrigérant à eau ouvert en haut et alimenté par le bas. L'équation de saponification de l'oléine fait intervenir trois ions hydroxyde et produit du glycérol et trois ions oléate : oublier le coefficient 3 ou écrire un acide carboxylique en milieu basique fait perdre des points. La dernière question demande les définitions d'hydrophile et d'hydrophobe, la légende de l'ion carboxylate et le choix du schéma C, où les chaînes plongent dans l'huile et les têtes restent dans l'eau.

Conseils pour cet exercice

Écrivez toujours la relation à l'équivalence avant l'application numérique, gardez les unités dans les calculs de concentration et justifiez chaque lecture graphique par une phrase. Les deux parties étant indépendantes, ne restez pas bloqué sur le titrage pH-métrique : la partie sur le savon rapporte des points rapidement.