Corrigé interactif · 8 questions
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Cherche d'abord la question sur le sujet, puis compare avec ce qu'il faut écrire sur ta copie.
Q1Définir un acide selon Brønsted.
Un acide selon Brønsted est une espèce chimique capable de céder au moins un ion hydrogène HX+ (un proton).
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Q2Établir le schéma de Lewis de l'ammoniac.
Données utiles Z(N)=7 ; Z(H)=1
Azote (Z=7) : configuration 1s22s22p3, soit 5 électrons de valence. Il lui en manque 3 pour atteindre l'octet : il forme 3 liaisons covalentes et garde 1 doublet non liant.
Hydrogène (Z=1) : configuration 1s1, soit 1 électron de valence : il forme 1 liaison covalente.
Vérification : 5+3×1=8 électrons de valence, soit 4 doublets (3 liants et 1 non liant).
Dans NHX3, l'atome N est lié à trois atomes H par des liaisons simples et porte un doublet non liant.
Schéma de Lewis de l'ammoniacTu avais trouvé ?
Q3Représenter le diagramme de prédominance du couple ion ammonium / ammoniaque.
Données utiles pKA1(NHX4X+/NHX3)=9,22
Sur un axe gradué en pH, la frontière est placée à pH=pKA1=9,22.
NHX4X+ prédomine pour pH<9,22 ; NHX3 prédomine pour pH>9,22.
Diagramme de prédominance du couple ion ammonium / ammoniacTu avais trouvé ?
Q4Identifier, en justifiant, l'espèce ammoniacale prédominante dans l'échantillon prélevé.
Données utiles pH=7,2 ; pKA1=9,22
Le pH de l'échantillon vérifie 7,2<9,22, soit pH<pKA1 : d'après le diagramme de la question Q3, on se trouve dans le domaine de la forme acide du couple.
L'espèce prédominante dans l'échantillon est l'ion ammonium NHX4X+.
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Q5Choisir, en justifiant, la verrerie utilisée pour réaliser la dilution de la solution S0.
Données utiles volume de solution S à préparer : VS=50,0 mL ; dilution au dixième
Indice Facteur de dilution F=c1c0=VmeˋreVfille : le volume de la fiole divisé par F donne le volume de la pipette.
Lors d'une dilution, la quantité de matière de soluté est conservée : c0V0=c1VS.
Diluer dix fois signifie c0=10c1, donc :
V0=c0c1VS=10VS=1050,0=5,0 mL
Prélever et ajuster un volume avec précision impose de la verrerie jaugée : les éprouvettes graduées et l'erlenmeyer ne conviennent pas.
On prélève V0=5,0 mL de S0 avec la pipette jaugée de 5,0 mL (depuis un bécher), puis on complète à l'eau distillée dans la fiole jaugée de 50,0 mL.
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Q6Justifier sans calcul l'évolution de la courbe de la figure 1 avant et après l'équivalence.
Données utiles λ0 en mS⋅m2⋅mol−1 : NHX4X+ : 7,35 ; NaX+ : 5,01 ; HOX− : 19,8
Indice Dresser un tableau à trois lignes (NHX4X+, NaX+, HOX−) et deux colonnes (avant, après) : concentration qui diminue, augmente ou reste nulle. Puis comparer les λ0.
La conductivité dépend des ions présents : σ=∑λi[Xi] (loi de Kohlrausch).
Avant l'équivalence, HOX− est le réactif limitant : chaque ion HOX− versé est consommé et fait disparaître un ion NHX4X+, tandis qu'un ion spectateur NaX+ est apporté. Tout se passe comme si NaX+ remplaçait NHX4X+. Comme λ0(NaX+)<λ0(NHX4X+), la conductivité diminue, faiblement car les deux valeurs sont proches.
Après l'équivalence, il n'y a plus d'ions NHX4X+ : les ions NaX+ et HOX− versés s'accumulent. Leurs concentrations augmentent et HOX− est très conducteur : la conductivité augmente nettement.
Avant l'équivalence, σ diminue légèrement (NaX+ remplace NHX4X+) ; après, σ augmente fortement (ajout de NaX+ et HOX− en excès).
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Q7Déterminer la valeur du volume V1E d'hydroxyde de sodium versé à l'équivalence en explicitant la méthode utilisée.
La courbe présente deux portions rectilignes de pentes différentes. On trace la droite modélisant les points avant la rupture de pente et celle modélisant les points après.
Le point d'intersection de ces deux droites correspond à l'équivalence : son abscisse est le volume équivalent.
Par lecture graphique : V1E=11,0 mL.
V1E=11,0 mLσ (mS⋅cm−1)V1 (mL) Figure 1 du sujet : les deux droites se coupent à l'équivalenceTu avais trouvé ?
Q8Indiquer si l'échantillon d'eau de rivière est pollué par l'azote ammoniacal (démarche à présenter).
Données utiles V=200,0 mL ; c1=3,50×10−4 mol⋅L−1 ; V1E=11,0 mL (Q7) ; M(N)=14,0 g⋅mol−1 ; M(H)=1,0 g⋅mol−1 ; seuil : 0,10 mg⋅L−1
Concentration en quantité de matière. À l'équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques de la réaction support du titrage, ici une mole pour une mole :
n(NHX4X+)initial=n(HOX−)verseˊ, soit cV=c1V1E, d'où :
c=Vc1V1E=200,03,50×10−4×11,0=1,93×10−5 mol⋅L−1
Concentration en masse. M(NHX4X+)=14,0+4×1,0=18,0 g⋅mol−1
cm=c×M(NHX4X+)=1,93×10−5×18,0=3,5×10−4 g⋅L−1
soit cm=0,35 mg⋅L−1.
Comparaison. 0,35 mg⋅L−1>0,10 mg⋅L−1 : la valeur mesurée vaut environ 3,5 fois le seuil.
cm≈0,35 mg⋅L−1, supérieure à la limite de 0,10 mg⋅L−1 : l'eau de la rivière est polluée par l'azote ammoniacal.
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Ammoniac dans une rivière : un exercice de chimie de 5 points
Le deuxième exercice du bac 2025 de physique-chimie en Asie (jour 1) compte 5 points et se traite en 53 minutes environ. Il part d'une question concrète : une eau de rivière est-elle polluée par l'azote ammoniacal ? Ses 8 questions mobilisent l'acide-base au sens de Brønsted, le schéma de Lewis, la dilution et le titrage conductimétrique, jusqu'à une conclusion chiffrée.
Acide, base et schéma de Lewis (Q1 et Q2)
La définition attendue est courte : un acide selon Brønsted est une espèce capable de céder un ion H+. Ici, l'ion ammonium NH4+ est l'acide et l'ammoniac NH3 sa base conjuguée. Pour le schéma de Lewis, on part des configurations électroniques : l'azote a 5 électrons de valence, il forme 3 liaisons avec les atomes d'hydrogène et garde un doublet non liant. L'oublier est l'erreur la plus fréquente, car l'azote ne respecte alors plus la règle de l'octet.
Diagramme de prédominance (Q3 et Q4)
La frontière du diagramme est placée à pH = pKA = 9,22 : l'ion ammonium prédomine en dessous, l'ammoniac au-dessus. L'échantillon ayant un pH de 7,2, c'est l'ion ammonium qui prédomine. Le corrigé montre en complément que l'ammoniac ne représente alors qu'environ 1 % des espèces, ce qui justifie de le négliger ensuite.
Dilution et verrerie (Q5)
Pour une dilution au dixième d'un volume final de 50,0 mL, la conservation de la quantité de matière donne un prélèvement de 5,0 mL. Le choix de la verrerie doit être justifié : pipette jaugée de 5,0 mL et fiole jaugée de 50,0 mL, car la précision exige de la verrerie jaugée. Le bécher sert à prélever la solution mère sans plonger la pipette dans le flacon.
Titrage conductimétrique (Q6 et Q7)
C'est le cœur de l'exercice. Avant l'équivalence, chaque ion hydroxyde versé consomme un ion ammonium et apporte un ion sodium spectateur : tout se passe comme si Na+ remplaçait NH4+. Comme sa conductivité molaire ionique est un peu plus faible, la conductivité diminue légèrement. Après l'équivalence, les ions Na+ et HO- s'accumulent et la conductivité augmente nettement. Oublier l'ion spectateur empêche d'expliquer la faible pente initiale. Le volume équivalent, V1E = 11,0 mL, se lit à l'intersection des deux droites modélisant les portions rectilignes, et non au minimum de la courbe.
Conclusion sur la pollution (Q8)
La relation à l'équivalence, une mole pour une mole, donne une concentration en ion ammonium de 1,93 × 10-5 mol·L-1, puis une concentration en masse d'environ 0,35 mg·L-1. Cette valeur dépasse le seuil de 0,10 mg·L-1 : l'eau est polluée. Le piège consiste à réutiliser le facteur 10 de la dilution, qui concernait la solution titrante et non l'échantillon d'eau.
Conseils
Pour un titrage conductimétrique, dressez un petit tableau des ions présents avant et après l'équivalence, puis comparez les conductivités molaires ioniques. Dans une démarche finale, présentez les étapes une par une et terminez par une comparaison explicite avec le seuil. Le corrigé gratuit détaille chaque question, figures comprises.