La chimie cachée dans un pot de confiture

Cet exercice est l'exercice de spécialité du bac S Polynésie 2007, noté sur 4 points (environ 50 minutes). Il remplaçait un exercice obligatoire pour les candidats ayant choisi la spécialité physique-chimie. À partir de deux courts documents sur la fabrication des confitures, il fait travailler les groupes caractéristiques, les couples acide-base, l'oxydoréduction et un titrage indirect. Les trois parties sont indépendantes.

Partie I : la formation du gel

On commence par identifier le groupe caractéristique de la fonction alcool, le groupe hydroxyle –OH, à ne pas confondre avec l'ion hydroxyde. On écrit ensuite la réaction de la pectine, notée RCOOH, avec l'eau, puis on place sur un axe de pH les domaines de prédominance de part et d'autre du pKa de 3,2. Le jus de citron, riche en acide citrique, abaisse le pH sous cette valeur : la forme acide RCOOH prédomine, les fonctions acides ne sont plus dissociées et peuvent établir les liaisons hydrogène qui forment le réseau du gel. C'est pour cela que la confiture prend.

Partie II : la conservation des fruits

Le jus de citron évite aussi que les fruits coupés noircissent. L'acide ascorbique, ou vitamine C, est oxydé à la place des espèces colorées des fruits : c'est un anti-oxydant. Le mot plus précis est réducteur, puisqu'il cède des électrons selon la demi-équation donnée. Le corrigé met en garde contre le contresens classique qui consiste à dire qu'il est un oxydant parce qu'il s'oxyde.

Partie III : doser la vitamine C d'un jus de citron

Le protocole est un titrage indirect. On fait réagir l'acide ascorbique avec un excès connu de diiode ; la couleur brune qui persiste montre que le diiode est en excès et que la réaction est lente, ce qui la rend inadaptée à un titrage direct. On dose alors le diiode restant par les ions thiosulfate. Le tableau d'avancement à l'équivalence donne n = C₃V₃/2 ≈ 3,63 × 10⁻⁵ mol, en n'oubliant pas le coefficient 2.

Par différence avec la quantité de diiode introduite, on obtient la quantité d'acide ascorbique : n₁ = C₂ V₂ - n ≈ 3,8 × 10⁻⁶ mol. Le corrigé explique pourquoi il faut garder la valeur non arrondie de n dans cette soustraction de deux nombres proches. Il reste à remonter au jus pur : le prélèvement représente un cinquième de la solution S, qui contient tout le jus d'un citron, soit 6,2 mL. On trouve une concentration d'environ 3,0 × 10⁻³ mol·L⁻¹ dans le jus.

Pièges et conseils

Dans un titrage indirect, il faut écrire clairement les deux étapes et suivre un seul fil : quantité introduite, quantité restante, quantité consommée. Les erreurs typiques sont l'oubli des coefficients stœchiométriques, la confusion entre la concentration dans la solution diluée et celle du jus, et les arrondis trop précoces. Pour les questions de cours, une phrase courte et un mot précis (hydroxyle, réducteur, prédominance) suffisent.