Oui
Cinétique chimique
Acide-base
Synthèse organique
Sujet Bac Corrigé - Acide lactique et PLA - Amérique du Sud 2022 Jour 2 - Ex 2 - Corrigé (Physique-chimie)
1 juin 2022
Terminale spécialité
♻️ Le PLA, plastique fabriqué à partir de l'acide lactique, se dégrade plus ou moins vite selon la température. L'exercice 2 du bac 2022 de physique-chimie en Amérique du Sud (jour 2), sur 5 points, l'étudie en trois temps.
- Acide lactique : nomenclature, couple acide-base en schémas de Lewis, acide fort ou faible à partir du pH.
- Polymère : famille des esters et motif du PLA.
- Cinétique : rôle de la température, vitesse volumique par la tangente, preuve d'une loi d'ordre 1.
Sujet officiel et corrigé détaillé gratuits en PDF, avec les calculs posés et les pièges signalés.
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Le PLA : un exercice de chimie organique, acide-base et cinétique
L'exercice 2 du sujet Amérique du Sud 2022 (jour 2) compte 5 points, soit environ 53 minutes. Il porte sur l'acide polylactique, un polymère obtenu à partir de l'acide lactique. Trois parties s'enchaînent : les propriétés de l'acide lactique, la structure du polymère, puis la cinétique de sa dégradation. Les questions sont courtes et proches du cours, mais chacune comporte un piège précis.
Partie 1 : l'acide lactique
Nomenclature et schémas de Lewis (Q1.1 et Q1.2)
Le nom acide 2-hydroxypropanoïque se justifie par trois carbones, un groupe carboxyle et un groupe hydroxyle sur le carbone 2. La numérotation commence toujours au carbone du groupe carboxyle. Pour le couple acide-base, c'est l'hydrogène du groupe carboxyle qui part, pas celui du groupe hydroxyle. Dans la base conjuguée, l'oxygène chargé porte trois doublets non liants : l'oubli des doublets ou de la charge est sanctionné.
Acide fort ou faible (Q1.3 et Q1.4)
Avec un pH de 2,8, la concentration en ions oxonium vaut 1,6 × 10-3 mol·L-1, inférieure à la concentration apportée de 2,0 × 10-2 mol·L-1. La réaction avec l'eau n'est donc pas totale : l'acide lactique est faible. La méthode générale consiste à comparer la concentration en ions oxonium à la concentration apportée, ou le pH mesuré à celui qu'aurait un acide fort. Conséquence directe à la question suivante : l'équation de la réaction avec l'eau s'écrit avec une double flèche.
Partie 2 : du monomère au polymère
Le produit de la réaction entre un acide carboxylique et un alcool appartient à la famille des esters. Comme l'acide lactique possède les deux groupes, ses molécules s'enchaînent pour former le polymère. Le motif est le plus petit groupe d'atomes qui se répète : c'est le cadre n°2. Choisir un cadre plus grand, sous prétexte qu'il se répète aussi, est l'erreur classique.
Partie 3 : la cinétique de dégradation
Température et vitesse (Q3.1 à Q3.2.2)
La température est un facteur cinétique : la courbe où la concentration en PLA chute le plus vite correspond à 110 °C, la plus lente à 70 °C. On peut comparer les concentrations à une même date ou les temps de demi-réaction. La vitesse volumique de disparition se définit avec un signe moins, qui la rend positive. À t = 0, elle se lit grâce à la tangente à la courbe, qui coupe l'axe des temps vers 35 min : on obtient environ 4,8 × 10-7 mol·L-1·s-1, après conversion des millimoles et des minutes.
Loi de vitesse d'ordre 1 (Q3.2.3)
Le rapport entre la vitesse et la concentration, calculé à chaque date du tableau, reste voisin de 4,8 × 10-4 s-1 : la vitesse est proportionnelle à la concentration, la loi est d'ordre 1. Une autre preuve, acceptée, repose sur le temps de demi-réaction, qui ne dépend pas de la concentration initiale.
Conseils pour réussir cet exercice
Révisez la nomenclature et les schémas de Lewis, souvent traités trop vite. Convertissez les unités avant tout calcul de vitesse. Pour une démonstration d'ordre 1, annoncez clairement la propriété à vérifier puis présentez les calculs de façon ordonnée.