Arôme de vanille : un exercice de chimie analytique sur 5 points

L'exercice 2 du bac 2022 de physique-chimie en Centres étrangers 2 (jour 2) vaut 5 points, soit environ 53 minutes. Il porte sur la vanilline, molécule responsable de l'arôme de vanille. Après quelques questions sur sa structure et ses propriétés acides, il propose un titrage suivi par conductimétrie, puis un dosage par spectroscopie UV-visible. C'est un exercice où l'interprétation des courbes compte autant que les calculs.

La vanilline, un acide (Q1.1 et 1.2)

En comptant les atomes sur la formule topologique, on obtient la formule brute C8H8O3. Une vérification utile consiste à recalculer la masse molaire, 152 g·mol⁻¹, ce qui confirme le nombre d'atomes d'hydrogène non dessinés. Les couples mis en jeu sont VH/V⁻ et H2O/HO⁻. Le piège est d'écrire un couple à l'envers : on note toujours l'acide puis la base.

Le titrage conductimétrique (Q2.1 à 2.6)

La solution contient un excès d'ions hydroxyde et des ions vanillinate, titrés successivement par l'acide chlorhydrique. La première phase correspond à la réaction HO⁻ + H3O⁺ → 2 H2O. On modélise la courbe par trois droites : leur première intersection donne VE1 ≈ 7,5 mL. Il ne faut pas lire l'abscisse du point le plus bas, mais celle de l'intersection des droites prolongées.

L'interprétation des pentes repose sur un bilan « ion consommé, ion apporté ». Dans la première phase, un ion HO⁻ est remplacé par un ion Cl⁻, moins conducteur : la conductivité diminue. Dans la deuxième, un ion V⁻ est remplacé par un ion Cl⁻ et la conductivité augmente légèrement, ce qui montre que l'ion vanillinate conduit moins bien que l'ion chlorure. La seconde rupture de pente donne VE2 ≈ 18,5 mL. Le volume consacré aux seuls ions vanillinate est la différence, 11,0 mL : répondre 18,5 mL est l'erreur la plus fréquente. La relation à l'équivalence donne alors une concentration de 5,5 × 10⁻² mol·L⁻¹ dans la solution S1, en divisant par le volume prélevé de 20,0 mL et non par le volume total après ajout d'eau.

Le dosage spectrophotométrique (Q3.1 et 3.2)

Les spectres montrent une absorption uniquement dans l'ultraviolet, vers 350 nm : les solutions sont incolores, car une espèce n'est colorée que si elle absorbe dans le visible. Pour la masse de vanilline, on compare les absorbances au maximum d'absorption : le rapport des absorbances est égal au rapport des concentrations d'après la loi de Beer-Lambert. On obtient la concentration de S2, puis la masse contenue dans la fiole de 250,0 mL, et enfin la masse dans un litre d'arôme, environ 0,96 g. La difficulté est de ne sauter aucune étape de proportionnalité.

Conseils pour cet exercice

Tracez vos droites à la règle sur l'annexe, nommez les ions consommés et apportés avant de parler de pente et gardez les valeurs non arrondies dans les calculs enchaînés. Rédigez la démarche : c'est elle que demandent les questions ouvertes.