Karl Friedrich Mohr : oxydoréduction, synthèse et titrage en 9 points

L'exercice 1 du bac 2023 de physique-chimie en Polynésie (jour 1) est le plus long de l'épreuve : 9 points, soit environ 1 h 35. Il suit les travaux du chimiste Karl Friedrich Mohr à travers trois parties : la préparation d'une solution d'ions fer (II) à partir du sel de Mohr, la synthèse du méthanoate d'éthyle par chauffage à reflux, puis le dosage des ions chlorure par la méthode de Mohr et par conductimétrie. Quinze questions, souvent courtes, qui balaient une grande partie du programme de chimie.

Partie 1 : le sel de Mohr et les ions fer (II)

La question 1 demande les demi-équations des couples Fe³⁺/Fe²⁺ et O₂/H₂O, puis l'équation d'oxydation des ions fer (II) par le dioxygène en milieu acide. La clé est d'égaliser les électrons : la demi-équation du fer se multiplie par 4. Pour la masse molaire du sel, (NH₄)₂Fe(SO₄)₂,6H₂O, il faut compter 20 atomes d'hydrogène et 14 atomes d'oxygène pour retrouver 392,0 g·mol^-1 ; oublier les six molécules d'eau donne 284,0 g·mol^-1. La concentration vaut ensuite c = m/(M × V) = 5,10 × 10^-2 mol·L^-1, à condition d'exprimer le volume en litres. Une mole de sel libérant une mole d'ions Fe²⁺, une simple pesée suffit à connaître [Fe²⁺].

Partie 2 : synthèse du méthanoate d'éthyle

Après la légende du montage (réfrigérant à boules, ballon, agitateur magnétique chauffant, support élévateur), il faut nommer les groupes caractéristiques : carboxyle, hydroxyle et ester. Attention à ne pas confondre groupe et famille. La formule topologique de l'ester ne comporte que trois atomes de carbone, et l'hydrogène du groupe HCOO n'est pas écrit. Le chauffage à reflux accélère la transformation sans perte de matière, et l'acide sulfurique joue le rôle de catalyseur.

Le calcul des quantités de matière passe par n = ρ × V / M : on obtient 0,19 mol d'acide méthanoïque et 0,17 mol d'éthanol. Il y a plus d'éthanol en volume, mais moins en quantité de matière : c'est lui le réactif limitant. Avec un rendement de 0,70, la masse d'ester vaut 8,9 g ; utiliser la valeur arrondie 0,17 mol conduirait à 8,8 g. Enfin, la distillation fractionnée améliore le rendement : l'ester, le plus volatil (54,3 °C), quitte le ballon au fur et à mesure, ce qui empêche la réaction inverse.

Partie 3 : dosage des ions chlorure

La solution titrée S₁ contient les ions chlorure, la solution titrante S₂ de nitrate d'argent est placée dans la burette. La définition de l'équivalence est attendue mot pour mot : réactifs introduits dans les proportions stœchiométriques. La relation c₁ × V₁ = c₂ × V_2E donne c₁ = 3,0 × 10^-3 mol·L^-1. Sur la courbe de conductimétrie, V_2E est l'abscisse de l'intersection des deux droites, proche de 8,0 mL. Pour justifier l'allure de la courbe, raisonnez sur les ions échangés : avant l'équivalence, Cl^- est remplacé par NO₃^-, un peu moins conducteur ; après, Ag⁺ et NO₃^- s'accumulent.

Conseils pour cet exercice

Gardez les valeurs non arrondies dans les calculs enchaînés, vérifiez les unités de volume et rédigez les justifications qualitatives avec précision. Le corrigé détaillé reprend chaque question avec la méthode et le piège associé.