Coloration de la laine : du mécanisme réactionnel au titrage

Le troisième exercice du bac 2026 de physique-chimie en Métropole (jour 1), sur 5 points, part de la synthèse d'un colorant orange utilisé pour teindre la laine, puis s'intéresse au vinaigre employé lors de la teinture. Il couvre ainsi un large pan de la chimie de terminale : mécanisme réactionnel, rendement, spectre d'absorption, titrage et incertitudes.

Le mécanisme réactionnel

Un intermédiaire réactionnel est une espèce formée par une étape puis consommée par une suivante, absente de l'équation de la réaction ; il ne faut pas le confondre avec un catalyseur. Dans le mécanisme proposé, ce sont l'acide nitreux HNO₂ et l'ion H₂NO₂⁺. À l'étape 1, le site donneur est l'atome d'oxygène chargé négativement de l'ion nitrite, riche en électrons, et le site accepteur l'ion H⁺, qui porte une lacune électronique. Les flèches courbes partent toujours d'un doublet : il en faut une à l'étape 1, une à l'étape 2 et deux à l'étape 3, la seconde justifiant la liaison triple de NO⁺.

Masse maximale et rendement

Les quantités d'acide sulfanilique et de β-naphtol valent toutes deux 5,0 × 10⁻³ mol : le mélange est stœchiométrique, et la masse maximale de colorant est 1,6 g. Le rendement s'obtient avec la valeur non arrondie, 1,64 g : η = 1,53/1,64 = 93 %. Arrondir trop tôt à 1,6 g conduirait à 96 %.

La couleur par le spectre

Le maximum d'absorbance se situe vers 485 nm, dans le bleu. La couleur perçue est la couleur complémentaire, diamétralement opposée sur le cercle chromatique : le colorant est orange. Répondre « bleu » est l'erreur la plus fréquente sur ce type de question.

Titrage du vinaigre et incertitudes

À l'équivalence, n(CH₃COOH) = n(HO⁻), et le vinaigre ayant été dilué dix fois, C = 10 C_B V_E1/V_A = 1,35 mol·L⁻¹. Oublier ce facteur 10 donne la concentration de la solution titrée, pas celle du vinaigre commercial. La série de douze mesures conduit à C_moy = 1,3621 mol·L⁻¹ et σ = 0,009 mol·L⁻¹. L'incertitude-type vaut σ/√n = 0,0026, soit 0,003 mol·L⁻¹ avec un chiffre significatif, et le résultat s'écrit C_moy = 1,362 mol·L⁻¹. Le quotient |C_moy − C₀|/u(C_moy) vaut environ 0,7, inférieur à 2 : la mesure est en accord avec l'étiquette.

Conseils

Lorsqu'une question dit « en justifiant », montrez la comparaison des quantités de matière avant de conclure. Pour les incertitudes, arrondissez d'abord u avec un seul chiffre significatif, puis la valeur au même rang décimal.