L'eau de boisson des poules : un exercice de chimie de 9 points

Le premier exercice du bac 2023 de physique-chimie à La Réunion (jour 1) vaut 9 points sur 20, soit environ 1 h 35 de travail. Il part d'une situation concrète : un éleveur désinfecte l'eau de boisson de ses poules avec un produit à base de peroxyde d'hydrogène, l'oxydosane, puis un particulier acidifie l'eau de ses poules avec de l'acide acétique. La partie A est un titrage colorimétrique par les ions permanganate, avec calcul d'incertitude et comparaison à deux normes. La partie B traite de chimie organique et d'acide-base, jusqu'au calcul du pH d'un acide faible.

Le titrage du peroxyde d'hydrogène (A.1 à A.3)

La liste du matériel doit contenir une pipette jaugée de 20,0 mL : la tolérance de 0,05 mL annoncée exclut l'éprouvette graduée. Il faut aussi une burette graduée, un bécher et un agitateur magnétique, mais ni pH-mètre ni conductimètre, puisque le titrage est colorimétrique. Pour les demi-équations, le piège est de choisir le couple H₂O₂/H₂O : ici le peroxyde d'hydrogène est le réducteur, oxydé en dioxygène. On multiplie la réduction de MnO₄⁻ par 2 et l'oxydation de H₂O₂ par 5 pour échanger 10 électrons. L'équivalence se repère à la première goutte qui donne une teinte violet pâle persistante : l'ion permanganate, seule espèce colorée, sert d'indicateur.

Concentration, incertitude et choix de la norme (A.4 à A.6)

La relation à l'équivalence tient compte des nombres stœchiométriques : c₀Véq/2 = c₁V₁/5, d'où c₁ = 8,25 × 10⁻⁴ mol/L. L'incertitude-type relative combine les trois sources et vaut 0,041 ; c'est l'incertitude sur c₀, connue à 4 % près, qui domine. Le résultat s'écrit c₁ = (8,3 ± 0,4) × 10⁻⁴ mol/L, avec un seul chiffre significatif pour l'incertitude. Pour trancher entre les normes, on convertit d'abord en concentration en masse : 2,8 × 10⁻² g/L, valeur comprise entre les bornes de la norme 1 (2,48 × 10⁻² à 4,96 × 10⁻² g/L) et très éloignée de la norme 2 (4,96 g/L). La conservation au frais et à l'abri de la lumière s'explique par la dismutation lente de H₂O₂, que la température et la lumière accélèrent.

Acide acétique et pH réel (B.1 et B.2)

La formule topologique de l'acide acétique ne comporte qu'un seul trait pour la chaîne carbonée : un zigzag à deux traits donnerait trois carbones. Le groupe carboxyle réunit la double liaison C=O et le groupe OH sur le même carbone, et la molécule se nomme acide éthanoïque. Le diagramme de prédominance place la frontière à pKa = 4,8, la forme acide du côté des pH faibles. Après l'expression de Ka et la démonstration de la relation pH = pKa + log([base]/[acide]), la dernière question demande le pH réel d'une solution à 1,60 × 10⁻³ mol/L. Il faut poser h = [H₃O⁺], résoudre une équation du second degré et garder la racine positive : pH = 3,8. Écrire pH = −log c₃ = 2,8 serait le raisonnement d'un acide fort.

Conseils pour cet exercice

Écrivez toujours la relation à l'équivalence avec les coefficients de l'équation, comparez des grandeurs exprimées dans la même unité et vérifiez la cohérence finale : un pH de 3,8, inférieur au pKa, confirme que la forme acide prédomine. La conclusion attendue est nette : l'eau du particulier est trop acide par rapport au pH visé, autour de 6.