Corrigé interactif · 9 questions
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Cherche d'abord la question sur le sujet, puis compare avec ce qu'il faut écrire sur ta copie.
Q1Reproduire la formule topologique de l'acide tartrique et entourer les groupes caractéristiques.
La molécule porte quatre groupes caractéristiques, entourés sur la formule ci-dessous.
Deux groupes carboxyle −COOH (aux extrémités de la chaîne) et deux groupes hydroxyle −OH (sur les deux carbones centraux).
Acide tartrique : deux groupes carboxyle et deux groupes hydroxyle entourésTu avais trouvé ?
Q2Nommer les familles fonctionnelles correspondantes.
Groupe carboxyle : famille des acides carboxyliques.
Groupe hydroxyle : famille des alcools.
L'acide tartrique appartient aux familles des acides carboxyliques et des alcools.
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Q3Représenter le diagramme de prédominance des couples HX2COX3 / HCOX3X− et HCOX3X− / COX3X2−.
Données utiles pKA1(HX2COX3 / HCOX3X−)=6,4 ; pKA2(HCOX3X− / COX3X2−)=10,3
Indice Axe horizontal gradué en pH, une frontière par pKA, puis les espèces de la plus acide (à gauche) à la plus basique (à droite).
Pour un couple acide/base, l'acide prédomine si pH<pKA et la base si pH>pKA.
HX2COX3 prédomine pour pH<6,4 ; HCOX3X− pour 6,4<pH<10,3 ; COX3X2− pour pH>10,3.
Diagramme de prédominance de l'acide carbonique et de ses basesTu avais trouvé ?
Q4En déduire pourquoi il faut d'abord éliminer l'acide carbonique du vin.
Données utiles pH d'un vin compris entre 2,70 et 3,70
Le pH du vin est inférieur à pKA1=6,4 : le dioxyde de carbone dissous s'y trouve sous la forme acide HX2COX3, qui prédomine.
Cet acide réagirait avec les ions HOX− versés pendant le titrage, alors qu'il ne fait pas partie de l'acidité du vin.
Sans cette étape, le volume versé à l'équivalence serait trop grand et l'acidité totale serait surestimée.
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Q5Indiquer, en justifiant, l'indicateur coloré à utiliser dans l'étape 2 du protocole.
Données utiles équivalence supposée atteinte à pH=7,0 ; zones de virage : jaune d'alizarine R 1,9 – 3,3 ; bleu de bromothymol 6,0 – 7,6 ; phénolphtaléine 8,2 – 10,0
Un indicateur coloré convient si sa zone de virage contient le pH à l'équivalence.
Ici pHE=7,0, et seul l'intervalle 6,0 – 7,6 contient cette valeur.
Il faut utiliser le bleu de bromothymol : la solution passe du jaune au bleu à l'équivalence.
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Q6Déterminer la valeur de l'acidité totale AT du vin analysé.
Données utiles CB=0,100 mol⋅L−1 ; VA=5,0 mL ; VB=3,5 mL ; M(HX2SOX4)=98,1 g⋅mol−1
À l'équivalence, les réactifs ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques de HX2SOX4+2HOX−SOX4X2−+2HX2O :
n(HX2SOX4)=2n(HOX−)soitCAVA=2CBVB
CA=2VACBVB=2×5,00,100×3,5=3,5×10−2 mol⋅L−1
L'acidité totale est la concentration en masse équivalente : AT=CA×M(HX2SOX4)=3,5×10−2×98,1
AT=3,4 g⋅L−1
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Q7Calculer la valeur moyenne AT de l'acidité totale et l'incertitude-type u(AT), puis écrire le résultat de la mesure, u(AT) étant donnée avec un seul chiffre significatif.
Données utiles dix valeurs en g⋅L−1 : 3,41 ; 3,38 ; 3,52 ; 3,45 ; 3,43 ; 3,45 ; 3,44 ; 3,41 ; 3,42 ; 3,40
Avec le mode statistique de la calculatrice : AT=3,431 g⋅L−1 et écart-type expérimental s(AT)=3,84×10−2 g⋅L−1.
u(AT)=ns(AT)=103,84×10−2=1,2×10−2 g⋅L−1
Avec un seul chiffre significatif, arrondi par excès : u(AT)=0,02 g⋅L−1. L'incertitude porte sur les centièmes, la moyenne s'arrête donc aux centièmes.
AT=3,43 g⋅L−1 avec u(AT)=0,02 g⋅L−1
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Q8Comparer cette acidité totale moyenne à la valeur souhaitée par le viticulteur. Conclure.
Données utiles ATref=3,45 g⋅L−1 ; AT=3,43 g⋅L−1 et u(AT)=0,02 g⋅L−1 (Q.7)
Indice Quotient inférieur ou égal à 2 : mesure et référence sont compatibles. Au-delà, l'écart ne s'explique plus par la seule dispersion des mesures.
On calcule le quotient donné par l'énoncé :
u(AT)AT−ATref=0,02∣3,43−3,45∣=1
L'écart entre la mesure et la valeur souhaitée vaut une seule incertitude-type : il est inférieur à 2 incertitudes-types.
Quotient égal à 1 : la mesure est compatible avec 3,45 g⋅L−1, l'acidité totale du vin est restée stable.
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Q9Choisir, en justifiant, la proposition exacte sur l'intervalle réglementaire de l'acidité totale exprimée en Alsace en équivalent d'acide tartrique.
Données utiles M(HX2SOX4)=98,1 g⋅mol−1 ; M(HX2A)=150,0 g⋅mol−1 ; intervalle réglementaire en équivalent HX2SOX4 : 3,0 à 6,0 g⋅L−1
Indice Sans calcul : la masse molaire de l'acide tartrique est la plus grande, donc les bornes augmentent. La proposition c (bornes plus petites) et la a (inchangées) sont écartées.
Les deux acides sont des diacides : une mole de HX2A réagit avec deux moles de HOX−, comme une mole de HX2SOX4. Pour un même titrage, la concentration en quantité de matière CA est donc la même ; seule la masse molaire change.
Comme ATAlsace=CA×M(HX2A) et AT=CA×M(HX2SOX4) :
ATAlsace=AT×M(HX2SOX4)M(HX2A)=AT×98,1150,0
Borne basse : 3,0×98,1150,0=4,6 g⋅L−1 ; borne haute : 6,0×98,1150,0=9,2 g⋅L−1.
L'équation donnée par le sujet doit se lire avec 2HX2O parmi les produits ; cela ne change rien au raisonnement.
Proposition b : entre 4,6 g⋅L−1 et 9,2 g⋅L−1.
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Acidité totale d'un vin : titrage acide-base et incertitudes
Le troisième exercice du bac 2024 de physique-chimie en Amérique du Nord (jour 2) vaut 4 points, soit environ 38 minutes. Un viticulteur veut vérifier que l'acidité totale de son vin est restée à 3,45 g·L-1, exprimée en équivalent d'acide sulfurique. L'exercice enchaîne chimie organique, diagramme de prédominance, titrage colorimétrique et traitement statistique d'une série de mesures.
L'acide tartrique (questions 1 et 2)
Sur la formule topologique de l'acide tartrique, il faut entourer quatre groupes caractéristiques : deux groupes carboxyle aux extrémités et deux groupes hydroxyle sur les carbones centraux. Le piège est d'entourer séparément le C=O et le OH d'une extrémité, alors qu'ils forment un seul groupe carboxyle. La question 2 demande les familles : acides carboxyliques et alcools. Le groupe se lit sur la formule, la famille désigne les molécules qui le portent.
Éliminer l'acide carbonique (questions 3 et 4)
Le diagramme de prédominance place H2CO3 pour un pH inférieur à 6,4, HCO3- entre 6,4 et 10,3, et CO32- au-delà. Le pH d'un vin étant compris entre 2,70 et 3,70, le dioxyde de carbone dissous s'y trouve sous forme H2CO3. Cet acide réagirait avec les ions hydroxyde du titrage alors qu'il ne fait pas partie de l'acidité du vin : sans élimination préalable, l'acidité totale serait surestimée.
Le titrage (questions 5 et 6)
L'équivalence étant supposée à pH = 7,0, seul le bleu de bromothymol, de zone de virage 6,0 à 7,6, convient. La justification attendue est cette comparaison entre le pH à l'équivalence et la zone de virage. À la question 6, la relation à l'équivalence tient compte de la stœchiométrie : une mole d'acide sulfurique réagit avec deux moles d'ions hydroxyde. On obtient CA = 3,5 × 10-2 mol·L-1, puis AT = CA × M = 3,4 g·L-1. Oublier le facteur 2 donne le double.
Incertitude et conclusion (questions 7 et 8)
Avec dix mesures, le mode statistique de la calculatrice donne une moyenne de 3,431 g·L-1 et un écart-type expérimental de 3,84 × 10-2 g·L-1. L'incertitude-type sur la moyenne vaut s/√n, soit 0,012, majorée à 0,02 g·L-1 avec un seul chiffre significatif. Le résultat s'écrit donc 3,43 g·L-1 avec u = 0,02 g·L-1. Attention à lire le bon écart-type, celui noté sx ou σn-1. La question 8 calcule le quotient |3,43 - 3,45|/0,02 = 1 : la mesure est compatible avec la valeur souhaitée.
Le changement de référence (question 9)
En Alsace, l'acidité est exprimée en équivalent d'acide tartrique. Les deux acides étant des diacides, la concentration en quantité de matière est la même, seule la masse molaire change. Les bornes 3,0 et 6,0 g·L-1 sont multipliées par 150,0/98,1, ce qui donne 4,6 et 9,2 g·L-1 : c'est la proposition b. Le corrigé signale aussi que l'équation donnée dans le sujet doit se lire avec deux molécules d'eau, sans effet sur le raisonnement.
Conseils
Dans cet exercice court, chaque réponse doit être justifiée par son critère : zone de virage, stœchiométrie, quotient de compatibilité. Écrivez la relation littérale avant tout calcul numérique.