Oui
Acide-base
Cinétique chimique
Titrage
Sujet Bac Corrigé - Pluies acides - Métropole Septembre 2025 Jour 2 - Ex 1 - Corrigé (Physique-chimie)
1 septembre 2025
Terminale spécialité
🌧️ Pourquoi la pluie est-elle naturellement acide, et comment attaque-t-elle le calcaire des statues ? L'exercice 1 du bac 2025 de physique-chimie (Métropole, septembre, jour 2), sur 9 points, couvre une grande partie du programme de chimie.
- Acide-base : équation avec l'eau, pKa lu sur un diagramme de distribution, pH de la pluie non polluée, acide nitrique fort.
- Cinétique : réactif limitant, loi des gaz parfaits, temps de demi-réaction et facteurs cinétiques.
- Titrage : dosage du dioxyde de soufre de l'air et comparaison aux normes de qualité.
Le sujet officiel et le corrigé détaillé sont gratuits en PDF, avec les pièges classiques expliqués.

Fiche de cours
Acide-base — Terminale spécialité physique-chimie
L'essentiel du cours, les formules et les méthodes utiles pour cet exercice, sur une page gratuite.
Voir la fiche de coursCet exercice mobilise aussi : Cinétique chimique · Titrage
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Corrigé interactif · 12 questions
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Q1Écrire l'équation de la réaction acide-base entre le dioxyde de carbone dissous et l'eau. Justifier que le dioxyde de carbone puisse rendre les pluies acides.
Le dioxyde de carbone dissous est l'acide du couple COX2(aq)/HCOX3X−(aq) ; l'eau est la base du couple HX3OX+(aq)/HX2O(l) :
COX2(aq)+2HX2O(l)HCOX3X−(aq)+HX3OX+(aq)
Cette réaction produit des ions oxonium HX3OX+ : leur concentration augmente, donc le pH de l'eau de pluie diminue et la pluie devient acide.
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Q2En utilisant la figure 1, vérifier que le pKA du couple COX2(aq)/HCOX3X−(aq) est voisin de 6,4 à 25 °C.
Indice Sur un diagramme de distribution, le pKA d'un couple est l'abscisse du point où les courbes de l'acide et de la base se croisent. Le second croisement, vers 10,3, donne celui du couple HCOX3X−/COX3X2−.
Pour ce couple : pH=pKA+log[COX2][HCOX3X−].
Quand l'acide et sa base conjuguée sont en proportions égales (50 % chacun), [HCOX3X−]=[COX2], donc pH=pKA+log1=pKA.
Sur la figure 1, les courbes de COX2(aq) et de HCOX3X−(aq) se croisent à 50 % pour un pH compris entre 6,2 et 6,4.
pKA≈6,3, valeur bien voisine de 6,4.
50 %pH≈6,3Proportions (%)pH Figure 1 du sujet, zone du croisement : COX2(aq) décroît, HCOX3X−(aq) croît
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Q3Donner la relation entre [HCOX3X−] et [HX3OX+] à l'équilibre, puis montrer que KA=[COX2]⋅c∘[HX3OX+]2.
Seule la réaction de Q1 a lieu : elle forme un ion HCOX3X− pour un ion HX3OX+, donc à l'équilibre
[HCOX3X−]=[HX3OX+]
La constante d'acidité est la constante d'équilibre de cette réaction (l'eau, solvant, n'y figure pas) :
KA=c∘[COX2]c∘[HCOX3X−]×c∘[HX3OX+]=[COX2]⋅c∘[HCOX3X−]×[HX3OX+]
En remplaçant [HCOX3X−] par [HX3OX+] : KA=[COX2]⋅c∘[HX3OX+]2
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Q4Retrouver que le pH de l'eau de pluie non polluée à 25 °C est de 5,6.
Données utiles [COX2]=1,3×10−5 mol⋅L−1 ; pKA=6,4 ; c∘=1 mol⋅L−1
D'après Q3, avec KA=10−pKA :
[HX3OX+]=KA×[COX2]×c∘=10−6,4×1,3×10−5×1
soit [HX3OX+]=2,3×10−6 mol⋅L−1.
pH=−logc∘[HX3OX+]=−log(2,3×10−6)=5,6
pH=5,6 : on retrouve la valeur annoncée pour une eau de pluie non polluée.
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Q5Indiquer, en précisant les volumes, la verrerie à utiliser pour préparer 2,00 L de solution S à partir de la solution commerciale S0.
Données utiles VS=2,00 L ; facteur de dilution F=400
Diluer ne change pas la quantité de soluté prélevée : c0×V0=cS×VS, avec cS=Fc0. Le volume de solution commerciale à prélever est donc
V0=FVS=4002,00=5,00×10−3 L=5,00 mL
Une pipette jaugée de 5,00 mL pour prélever S0 et une fiole jaugée de 2,00 L, complétée à l'eau distillée jusqu'au trait de jauge.
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Q6Déterminer, en justifiant, si le pH mesuré (1,42) est cohérent avec le fait que l'acide nitrique est un acide fort dans l'eau.
Données utiles c0=15,2 mol⋅L−1 ; F=400 ; pHmesureˊ=1,42
Indice Tester « acide fort » : calculer −log(c/c∘) et comparer au pH mesuré. Égalité : acide fort. Un pH mesuré plus grand signalerait un acide faible, partiellement dissocié.
Concentration en acide apporté de la solution S :
cS=Fc0=40015,2=3,80×10−2 mol⋅L−1
Si l'acide nitrique est fort, sa réaction avec l'eau est totale, HNOX3(aq)+HX2O(l)NOX3X−(aq)+HX3OX+(aq), donc [HX3OX+]=cS et
pH=−logc∘cS=−log(3,80×10−2)=1,42
Le pH calculé pour un acide fort (1,42) est égal au pH mesuré : la mesure est cohérente avec le caractère fort de l'acide nitrique.
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Q7Montrer que la quantité de matière théorique maximale de dioxyde de carbone gazeux dans l'expérience n°1 est nCOX2,max=2,5×10−3 mol.
Données utiles m(CaCOX3)=2,0 g ; M(CaCOX3)=100,1 g⋅mol−1 ; c=1,0×10−1 mol⋅L−1 ; Vsol=50 mL
Quantités initiales des réactifs :
ni(CaCOX3)=Mm=100,12,0=2,0×10−2 mol
ni(HX3OX+)=c×Vsol=1,0×10−1×50×10−3=5,0×10−3 mol
D'après l'équation, une mole de CaCOX3 réagit avec deux moles de HX3OX+ :
2ni(HX3OX+)=2,5×10−3 mol<1ni(CaCOX3)=2,0×10−2 mol
L'ion oxonium est le réactif limitant et xmax=2,5×10−3 mol. La réaction étant totale et formant une mole de COX2 par mole d'avancement :
nCOX2,max=xmax=2ni(HX3OX+)=2,5×10−3 mol, valeur attendue.
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Q8Estimer la quantité de matière de dioxyde de carbone gazeux réellement présente dans la fiole dans l'état final de l'expérience n°1. Commenter.
Données utiles figure 3 : Pf≈2,2×104 Pa ; V=280 mL ; T=295 K ; R=8,31 J⋅K−1⋅mol−1
Sur la figure 3, la pression n'évolue presque plus en fin d'enregistrement : elle tend vers Pf≈2,2×104 Pa.
Loi des gaz parfaits, avec V=280 mL=280×10−6 m3 :
nCOX2,f=R×TPf×V=8,31×2952,2×104×280×10−6
nCOX2,f≈2,5×10−3 mol : c'est la valeur maximale de Q7, la transformation peut donc bien être considérée comme totale.
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Q9Estimer, en expliquant la démarche, le temps de demi-réaction de la transformation dans l'expérience n°1.
Données utiles Pf≈2,2×104 Pa (Q8)
Le temps de demi-réaction t1/2 est la durée au bout de laquelle l'avancement atteint la moitié de sa valeur finale : nCOX2(t1/2)=2nCOX2,f.
À V et T constants, la pression est proportionnelle à nCOX2, donc
PCOX2(t1/2)=2Pf=22,2×104=1,1×104 Pa
Sur la figure 3, on lit l'abscisse du point de la courbe d'ordonnée 1,1×104 Pa.
t1/2≈2,5×102 s
1,1t1/2≈250 sPCOX2 (×104 Pa)t (s) Figure 3 du sujet : palier estimé à 2,2×104 Pa (tirets) et lecture de t1/2
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Q10En exploitant les résultats des trois expériences, indiquer un facteur qui influence la cinétique de la détérioration des bâtiments et des statues.
Données utiles t1/2 : 250 s (expérience 1, Q9) ; 80 s (expérience 2) ; 1,6×103 s (expérience 3)
Indice Pour isoler un facteur cinétique, comparer deux expériences qui ne diffèrent que par un seul paramètre : jamais les expériences 1 et 3.
Les expériences 1 et 2 ne diffèrent que par la concentration de l'acide : quand elle double (de 1,0×10−1 à 2,0×10−1 mol⋅L−1), le temps de demi-réaction passe de 250 s à 80 s. La transformation est plus rapide.
La concentration en ions HX3OX+ est un facteur cinétique : plus la pluie est acide, plus le calcaire des bâtiments et des statues est attaqué rapidement.
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Q11Déterminer la relation entre la quantité de matière n(SOX2) de dioxyde de soufre présent dans l'air analysé et la quantité n(HX3OX+) d'ions oxonium contenus dans la solution Sa.
La transformation est totale et le peroxyde d'hydrogène est en excès : le dioxyde de soufre est le réactif limitant, il est entièrement consommé. D'après l'équation, une mole de SOX2 consommée forme deux moles de HX3OX+ :
n(SOX2)=2n(HX3OX+)
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Q12Déterminer si les 18,5 m³ d'air analysé respectent les normes de qualité concernant le dioxyde de soufre. Commenter le protocole et les hypothèses du raisonnement.
Données utiles cb=1,0×10−2 mol⋅L−1 ; VE=4,0 mL ; Vair=18,5 m3 ; M(SOX2)=64,1 g⋅mol−1 ; normes : 50, 125 et 300 µg⋅m−3
Indice Question ouverte : annoncer le plan (titrage, quantité de SOX2, masse, concentration, comparaison), puis confronter le résultat à chaque norme en précisant sur quelle durée porte la moyenne.
Titrage. Réaction support : HX3OX+(aq)+HOX−(aq)2HX2O(l). À l'équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques :
n(HX3OX+)=cb×VE=1,0×10−2×4,0×10−3=4,0×10−5 mol
Dioxyde de soufre. D'après Q11 : n(SOX2)=2n(HX3OX+)=2,0×10−5 mol, soit
m(SOX2)=n(SOX2)×M(SOX2)=2,0×10−5×64,1=1,3×10−3 g
Concentration en masse dans l'air.
cm=Vairm(SOX2)=2×Vaircb×VE×M(SOX2)=2×18,51,0×10−2×4,0×10−3×64,1
soit cm=6,9×10−5 g⋅m−3=69 µg⋅m−3.
Comparaison aux normes. Cette valeur est une moyenne sur 7 jours. Si la concentration est restée constante, chaque moyenne journalière et chaque moyenne horaire vaut aussi 69 µg⋅m−3 : la valeur limite (125 µg⋅m−3) et le seuil d'information (300 µg⋅m−3) sont respectés. En revanche, elle dépasse l'objectif de qualité (50 µg⋅m−3) : il ne serait pas atteint si l'air restait ainsi toute l'année.
Commentaires.
- Concentration supposée constante : une moyenne sur 7 jours peut masquer un pic, une journée ou une heure, au-delà de 125 ou de 300 µg⋅m−3. Une semaine ne suffit pas non plus pour juger une moyenne annuelle.
- Dissolution supposée complète : si une partie du SOX2 traverse la solution sans réagir, cm est sous-estimée.
- SOX2 supposé seule espèce acide : d'autres gaz acides de l'air (oxydes d'azote, COX2) fourniraient aussi des ions HX3OX+, et cm serait surestimée.
- Le volume VE=4,0 mL est faible : son incertitude relative est grande. Une solution titrante plus diluée donnerait un volume équivalent plus grand.
cm≈69 µg⋅m−3 : valeur limite et seuil d'information respectés (à concentration constante), mais objectif de qualité annuel de 50 µg⋅m−3 dépassé.
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Les pluies acides : un exercice de chimie complet sur 9 points
L'exercice 1 du sujet de septembre 2025 en Métropole (jour 2) est le plus long de l'épreuve : 9 points et 12 questions, soit environ 1 h 35 de travail. Il suit un fil conducteur concret, l'acidité de la pluie, et mobilise trois chapitres de terminale : les couples acide-base, la cinétique chimique et le titrage. C'est un excellent entraînement pour vérifier qu'on sait passer d'une équation à un calcul de pH, puis d'une courbe expérimentale à une conclusion argumentée.
Le dioxyde de carbone et le pH de la pluie (Q1 à Q4)
On commence par écrire la réaction entre le dioxyde de carbone dissous et l'eau, qui forme des ions hydrogénocarbonate et des ions oxonium. La double flèche est attendue, car la réaction est limitée, et il faut bien deux molécules d'eau pour conserver les éléments. La production d'ions oxonium explique la baisse du pH. Sur le diagramme de distribution, le pKa se lit au croisement des courbes de l'acide et de la base, vers 6,3, valeur voisine de 6,4. La question Q3 demande d'établir que KA s'écrit avec le carré de la concentration en ions oxonium, puisqu'il se forme autant d'ions hydrogénocarbonate que d'ions oxonium. On en déduit en Q4 une concentration en ions oxonium de 2,3 × 10-6 mol/L et un pH de 5,6. Oublier la racine carrée conduit à un pH de 11,3, absurde pour une solution acide.
Dilution et acide nitrique (Q5 et Q6)
Pour diluer 400 fois et obtenir 2,00 L de solution, on prélève 5,00 mL avec une pipette jaugée et on complète dans une fiole jaugée de 2,00 L. Les deux volumes sont attendus, et une éprouvette ne convient pas. La concentration diluée vaut 3,80 × 10-2 mol/L ; si l'acide est fort, le pH vaut 1,42, exactement la valeur mesurée.
Attaque du calcaire et cinétique (Q7 à Q10)
La recherche du réactif limitant impose de diviser chaque quantité initiale par son nombre stœchiométrique : les ions oxonium limitent la réaction et la quantité maximale de dioxyde de carbone vaut 2,5 × 10-3 mol. La loi des gaz parfaits appliquée à la pression finale lue sur la courbe, avec un volume de gaz de 280 mL converti en mètres cubes, redonne environ cette valeur : la transformation peut être considérée comme totale. Le temps de demi-réaction se lit à la moitié de la pression finale, soit 1,1 × 104 Pa, ce qui donne environ 250 s. Le piège consiste à prendre la moitié de la durée de l'enregistrement. Enfin, la comparaison des expériences 1 et 2, qui ne diffèrent que par la concentration de l'acide, montre que la concentration en ions oxonium est un facteur cinétique.
Le dioxyde de soufre dans l'air (Q11 et Q12)
Une mole de dioxyde de soufre forme deux moles d'ions oxonium : il faut donc diviser par deux, et non multiplier. La question ouverte finale enchaîne titrage, quantité de matière, masse et concentration en masse dans l'air, environ 69 µg par mètre cube. La valeur limite et le seuil d'information sont respectés si la concentration est restée constante, mais l'objectif de qualité de 50 µg par mètre cube est dépassé. Le correcteur attend aussi un regard critique : moyenne sur 7 jours qui peut masquer un pic, dissolution supposée complète, autres gaz acides, faible volume équivalent.
Conseils
Soignez les conversions d'unités, qui sont au cœur de presque tous les pièges : millilitres en litres, millilitres en mètres cubes, grammes en microgrammes. Dans la question ouverte, annoncez votre plan et confrontez le résultat à chaque norme en précisant la durée sur laquelle porte la moyenne.