Le colorant E 127 : un exercice de chimie complet sur 10 points

L'exercice 1 du bac 2022 de physique-chimie en Métropole (jour 1) est l'exercice commun à tous les candidats. Il vaut 10 points, soit environ 1 h 45 de travail sur les 3 h 30 de l'épreuve. Il suit un colorant alimentaire rouge, l'érythrosine, présent dans les révélateurs de plaque dentaire. Le fil conducteur est très cohérent : on identifie la molécule, on la dose, on la synthétise, puis on étudie sa décoloration par l'eau de Javel. Presque tout le programme de chimie de Terminale y passe.

Structure et couleur (Q1 à Q3)

La première question demande les familles fonctionnelles des groupes A, B et C : alcool, cétone, acide carboxylique. Le piège classique consiste à donner le nom du groupe (hydroxyle, carbonyle, carboxyle) au lieu de celui de la famille. En Q2, on place les deux pKA (2,4 et 3,8) sur un diagramme de prédominance : au pH de 7,0 du révélateur, c'est la forme la plus basique, Ery²⁻, qui prédomine. La Q3 relie le spectre d'absorption, avec un maximum vers 530 nm dans le vert, à la couleur perçue : la couleur complémentaire, le rouge. Une solution n'a pas la couleur de ce qu'elle absorbe.

Dosage par étalonnage (Q4)

C'est la question la plus calculatoire. La droite d'étalonnage traduit la loi de Beer-Lambert ; pour A = 0,484, on lit une concentration de 5,5 µmol·L⁻¹ pour la solution diluée. La conservation de la quantité de matière lors de la dilution donne ensuite c₀ = 2,2 × 10⁻² mol·L⁻¹. Le titre massique vaut 0,019, soit 1,9 % en masse, très proche des 2 % annoncés. L'erreur qui coûte cher : garder la masse volumique en g·mL⁻¹, ce qui rend le résultat mille fois trop grand.

Synthèse de l'érythrosine (Q5 à Q9)

On reconnaît d'abord les étapes d'une synthèse : transformation, isolement et purification, analyse par la température de fusion. Le chauffage à 60 °C répond à la question du facteur cinétique, à condition de nommer la température et le sens de son effet. Pour le réactif limitant (Q7), il faut diviser les quantités initiales par les nombres stœchiométriques : avec quatre moles de diiode par mole de fluorescéine, c'est le diiode qui limite, avec x_max = 9,4 × 10⁻³ mol. Avec un rendement de 59 %, on retrouve une masse d'environ 4,6 g, qui permet de remplir 25 flacons de 10 mL. Attention à utiliser la masse molaire de H₂Ery (836 g·mol⁻¹) et non celle du sel de sodium.

Cinétique de la décoloration (Q10 à Q12)

La vitesse de disparition se lit sur la pente de la tangente : elle diminue au cours du temps parce que la concentration du réactif Ery²⁻ diminue. La température, constante à 25 °C, ne peut pas expliquer cette évolution. Le temps de demi-réaction se lit à la moitié de la concentration initiale, 4,25 µmol·L⁻¹, soit environ 150 s. Enfin, l'expérience B montre qu'une eau de Javel non diluée, plus concentrée en ions hypochlorite, décolore plus vite.

Conseils pour cet exercice

Soignez les conversions d'unités, gardez les valeurs non arrondies dans les calculs en chaîne et justifiez chaque facteur cinétique par son effet. Le corrigé détaillé reprend chaque question avec les calculs, les figures complétées et les pièges à éviter.