Le vin et ses composants : un exercice long qui couvre trois chapitres de chimie

L'exercice 1 du sujet Asie 2022 (jour 1) est l'exercice commun de 10 points, prévu pour environ 1 h 45. Il part d'un produit du quotidien, le vin, et pose deux questions : sa teneur en fer l'expose-t-elle à la casse blanche, et comment se forment ses esters ? La première partie est un dosage par étalonnage spectrophotométrique, la seconde une étude cinétique suivie par titrage. Les dix-neuf questions sont guidées, avec de nombreux résultats à « montrer » ou « vérifier ».

Partie 1 : le fer du vin dosé par spectrophotométrie

Couleur et choix de la longueur d'onde (Q1 à Q3)

Le spectre de l'ion [FeSCN]²⁺ présente un maximum d'absorbance vers 490 nm, ce qui correspond au cyan. La solution prend la couleur complémentaire, le rouge. Le piège classique consiste à dire que la solution est cyan : une solution a la couleur de ce qu'elle laisse passer. On règle ensuite le spectrophotomètre à 490 nm, là où la mesure est la plus précise. Les ions thiocyanate sont en excès pour que les ions Fe³⁺ soient le réactif limitant : tout le fer est alors transformé en espèce colorée.

Dilution et loi de Beer-Lambert (Q4 et Q5)

La conservation de la masse de soluté, t₀V₀ = t₂V₂, donne V₀ = 1,0 mL. Les points de la courbe d'étalonnage sont alignés sur une droite passant par l'origine : l'absorbance est proportionnelle à la concentration en masse, c'est la loi de Beer-Lambert.

Conclusion sur la casse blanche (Q6)

Avec A_V = 0,16, la droite d'étalonnage donne t_V = 1,4 mg·L^-1, très inférieur au seuil de 10 mg·L^-1. Le vin ne présente pas de risque. Une copie qui donne la valeur sans la comparer au seuil ne répond pas à la question posée.

Partie 2 : la synthèse de l'éthanoate d'éthyle

Protocole et quantités initiales (Q7 à Q9)

Le bain d'eau glacée bloque la réaction : la température est un facteur cinétique. Il fixe le début de la transformation et fige la composition du tube avant le titrage. Avec n = ρV/M, on trouve 2,01 mol d'acide et 2,01 mol d'éthanol : le mélange est équimolaire. Pour retrouver n₀ = 17,3 mmol par tube, il faut diviser par le volume total du mélange, 232 mL, et non par les 115 mL d'acide.

Titrage et tableau d'avancement (Q10 à Q15)

Le bleu de thymol, dont la zone de virage va de 8,0 à 9,6, repère l'équivalence, où le pH est basique à cause de l'ion éthanoate. À l'équivalence, acide et ions hydroxyde ont été introduits dans les proportions stœchiométriques, d'où n_ac,i = C_BV_B,i. Le tableau d'avancement s'écrit avec x_f et non x_max, car l'estérification n'est pas totale. On en déduit n_i = n₀ − C_BV_B,i, puis n₂ = 6,0 × 10^-3 mol.

Vitesse et temps de demi-réaction (Q16 à Q19)

La vitesse volumique d'apparition de l'ester diminue jusqu'à s'annuler, à l'approche de l'équilibre. À 20 min, la tangente donne un coefficient directeur de 1,5 × 10^-4 mol·min^-1, qu'il faut diviser par le volume du tube (2,0 mL) : v ≈ 7,5 × 10^-2 mol·L^-1·min^-1. Le temps de demi-réaction se lit à la moitié de la quantité finale d'ester (5,5 × 10^-3 mol) : t_1/2 ≈ 6,5 min. La dernière question compare ces quelques minutes aux mois nécessaires dans le vin : température et concentration des réactifs expliquent l'écart.

Conseils pour réussir cet exercice

Gardez une copie structurée : formule littérale, application numérique, unité, phrase de conclusion. Soignez les constructions graphiques, tangente et lecture de t_1/2, en laissant les traits visibles. Enfin, pour toute question sur une durée de réaction, passez en revue les facteurs cinétiques du cours : température, concentration, catalyseur.