L'ammoniac, une base faible au quotidien
L'exercice 3 du bac S Polynésie 2005 part d'un produit ménager courant, une solution d'ammoniaque utilisée comme nettoyant et détachant. Noté sur 4 points, soit environ 52 minutes, il couvre deux savoir-faire essentiels de la chimie des solutions : l'étude d'une réaction acide-base limitée, puis la détermination d'une concentration par titrage pH-métrique après dilution. Les calculs sont courts mais demandent une grande rigueur dans la manipulation des constantes d'acidité.
Partie I : l'ammoniac en solution aqueuse
Une base selon Brønsted est une espèce chimique susceptible de capter un ion hydrogène H+. L'ammoniac réagit avec l'eau selon NH3 + H2O = NH4+ + HO-. Pour exprimer la constante d'équilibre à l'aide des données, on multiplie numérateur et dénominateur par la concentration en ions oxonium : on fait apparaître K = KA2/KA1, soit 1,6 × 10-5. Erreurs fréquentes : faire figurer l'eau, solvant, dans l'expression, ou inverser le quotient, ce qui donnerait une valeur aberrante.
La solution S est obtenue en dissolvant 2,5 × 10-3 mol d'ammoniac dans 250 mL d'eau : c = 1,0 × 10-2 mol·L-1, à condition de convertir le volume en litres. Le pH de 10,6 donne [H3O+] = 2,5 × 10-11 mol·L-1, puis le produit ionique de l'eau conduit à [HO-] = 4,0 × 10-4 mol·L-1. Le tableau d'évolution permet de montrer que le taux d'avancement final vaut τ = [HO-]f/c, soit 4,0 × 10-2 : seulement 4 % de l'ammoniac apporté a réagi, la transformation est très limitée. Le corrigé propose une vérification utile : réinjecter les concentrations dans l'expression de K redonne une valeur très proche de celle de la première question.
Partie II : dilution et titrage
La solution commerciale étant très concentrée, on la dilue mille fois. La conservation de la quantité de matière impose un volume prélevé mille fois plus petit que le volume de la fiole : il faut une pipette jaugée pour le prélèvement et une fiole jaugée pour la solution fille. Seul le lot 3, pipette jaugée de 1 mL et fiole jaugée de 1 L, convient. Chaque lot écarté doit l'être par une raison précise : absence de fiole jaugée, pipette graduée moins précise, facteur de dilution de 100 seulement.
Le titrage pH-métrique par l'acide chlorhydrique repose sur la définition de l'équivalence : les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques et le réactif limitant change. On en déduit c1V1 = cAVAE, soit c1 = 1,07 × 10-2 mol·L-1, puis c0 = 10,7 mol·L-1 pour la solution commerciale. Pour le titrage colorimétrique, l'indicateur doit avoir une zone de virage contenant le pH à l'équivalence, 5,7 : seul le rouge de chlorophénol convient. Le bleu de bromothymol, choisi par réflexe, vire à partir de 6,0 et ne convient donc pas ici.
Conseils
Un pH donné avec une décimale ne justifie pas plus de deux chiffres significatifs sur les concentrations. Écrivez toujours les unités et justifiez le choix de la verrerie comme celui de l'indicateur par une comparaison explicite. Le tableau d'évolution, même succinct, sécurise la démonstration sur le taux d'avancement.