Un acide faible au cœur de l'exercice

Ce troisième exercice du bac S 2009 Polynésie, noté sur 4 points pour une durée conseillée de 52 minutes, porte sur une solution de chlorure d'hydroxylammonium, un solide ionique utilisé dans l'industrie. L'exercice suit la démarche complète de la chimie acide-base de terminale : le couple acide/base, un dosage colorimétrique pour trouver la concentration, puis l'avancement de la réaction avec l'eau pour retrouver le pK_A.

Le couple ion hydroxylammonium / hydroxylamine

La dissolution libère les ions NH₃OH⁺ et Cl⁻, ces derniers étant spectateurs. Un acide au sens de Brønsted est une espèce susceptible de céder un proton. L'ion hydroxylammonium cède donc un proton à l'eau, qui joue le rôle de base : NH₃OH⁺ + H₂O ⇌ NH₂OH + H₃O⁺. Avec pK_A = 6,0, la relation pH = pK_A + log([base]/[acide]) montre que la forme acide prédomine pour un pH inférieur à 6,0 et la forme basique au-delà.

Le dosage par la soude

Montage et réaction support

Le schéma doit faire apparaître la burette graduée contenant la soude, le bécher contenant 20,0 mL de solution S avec quelques gouttes d'indicateur coloré, le barreau aimanté et l'agitateur magnétique. Un piège fréquent consiste à dessiner un pH-mètre : l'équivalence est ici repérée par un indicateur. La réaction de dosage, NH₃OH⁺ + HO⁻ → NH₂OH + H₂O, est totale et rapide.

Équivalence et choix de l'indicateur

À l'équivalence, réactif titré et réactif titrant ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. Le pH à l'équivalence vaut 9,1 : seule la phénolphtaléine, de zone de virage 8,2 à 10,0, convient. La solution passe de l'incolore au rose, car le milieu, acide au départ, devient basique après l'équivalence. Le volume équivalent de 24,0 mL donne C_A = C_B V_E / V_A = 3,0 × 10⁻² mol/L.

Avancement de la réaction avec l'eau

Le pH de 3,8 donne [H₃O⁺] = 10^−3,8 = 1,6 × 10⁻⁴ mol/L. Le tableau d'avancement se complète littéralement : la quantité initiale d'ions oxonium est prise nulle, et l'avancement maximal est égal à n₀. Le taux d'avancement final s'écrit τ = [H₃O⁺]_f / C_A et vaut 5,3 × 10⁻³, soit environ 0,5 % : la réaction est très limitée.

Constante d'acidité et comparaison

K_A s'exprime sans faire figurer l'eau, qui est le solvant. Avec [NH₂OH] = [H₃O⁺] et [NH₃OH⁺] = C_A − [H₃O⁺], on obtient K_A = 8,4 × 10⁻⁷, d'où pK_A = 6,1. L'écart avec la valeur de l'énoncé est de 0,1 unité : les deux résultats sont compatibles, l'écart s'expliquant par la précision de la mesure du pH.

Conseils pour réussir

Calculez avec 10^−3,8 plutôt qu'avec une valeur arrondie, gardez deux chiffres significatifs et rédigez les définitions avec précision : ce sont des points rapides à prendre en début d'exercice.