Nettoyer des lentilles de contact : catalyse et dosages des ions chlorure

Cet exercice de spécialité de 4 points, prévu pour environ 52 minutes, accompagne l'épreuve du bac S 2009 de Nouvelle-Calédonie. Il part d'un produit d'entretien pour lentilles : une solution aqueuse contenant du peroxyde d'hydrogène et du chlorure de sodium, utilisée avec un étui dont le disque est recouvert de platine. La première partie porte sur la catalyse, la seconde compare deux méthodes de dosage des ions chlorure, l'une par étalonnage conductimétrique, l'autre par titrage.

Partie 1 : le disque catalytique

La question 1.1 demande la définition d'un catalyseur : une espèce qui augmente la vitesse d'une réaction et qui est régénérée en fin de transformation, si bien qu'elle n'apparaît pas dans l'équation de la réaction. La question 1.2 fait qualifier la catalyse : le platine est solide alors que le réactif est en solution aqueuse, les deux ne sont pas dans la même phase, la catalyse est donc hétérogène. En 1.3, on écrit les demi-équations des couples H₂O₂/H₂O et O₂/H₂O₂, puis on les additionne pour obtenir l'équation de décomposition 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂. Le corrigé souligne que l'eau oxygénée joue à la fois le rôle d'oxydant et celui de réducteur, ce qu'on appelle une dismutation.

Partie 2 : deux façons de doser les ions chlorure

La question 2.1 fait reconnaître les deux modes opératoires : le premier compare la conductivité de la solution à celles de solutions de concentrations connues, c'est un dosage par étalonnage ; le second consomme les ions chlorure par une réaction avec les ions argent et repère une équivalence, c'est un titrage.

En 2.2.1, la droite d'étalonnage passe par l'origine : la conductivité est proportionnelle à la concentration. Pour σ_S = 1,8 mS·cm^-1, la lecture donne c_S = 14 mmol·L^-1, soit 1,4 × 10^-2 mol·L^-1. La solution commerciale étant dix fois plus concentrée, c = 0,14 mol·L^-1. Le piège principal est de s'arrêter à la solution diluée. La question 2.2.2 en déduit la concentration massique en chlorure de sodium, c_m1 = 8,2 g·L^-1, avec M(NaCl) = 58,5 g·mol^-1.

Le titrage commence en 2.3.1 par l'équation de précipitation Ag⁺ + Cl^- → AgCl. En 2.3.2, le volume équivalent se lit à l'intersection des deux portions de droite de la figure 2 : V_E = 6,8 mL. Les questions 2.3.3 et 2.3.4 relient la composition de la solution à l'allure de la courbe : avant l'équivalence, chaque ion argent est remplacé par un ion sodium, moins conducteur, et la conductivité décroît légèrement ; après l'équivalence, les ions sodium et chlorure s'accumulent et la conductivité augmente. Le corrigé appuie ce raisonnement sur la comparaison des conductivités molaires ioniques.

La question 2.3.5 exploite l'équivalence : c₀·V_E = c₁·V₁ donne c₀ = 0,15 mol·L^-1, puis c_m2 = 8,6 g·L^-1. Il faut veiller à ne pas faire intervenir les 90 mL d'eau distillée, qui ne changent pas la quantité d'ions argent. Enfin, la question 2.3.6 compare les deux résultats à l'indication du fabricant, 8,5 g·L^-1 : les écarts relatifs, de 3,5 % et 1,2 %, sont inférieurs à 10 %, et les deux méthodes valident le produit.

Conseils pour réussir cet exercice

Distinguez clairement étalonnage et titrage : l'un repose sur des solutions de référence, l'autre sur une réaction chimique. Sur les graphiques, tracez proprement la droite moyenne plutôt que de relier les points. Pour un écart relatif, divisez toujours par la valeur de référence. Gardez enfin les valeurs intermédiaires non arrondies et n'arrondissez qu'au résultat final.