Le PLA : un exercice de chimie complet sur 9 points

L'exercice 1 du bac 2023 de physique-chimie en Nouvelle-Calédonie (jour 1) vaut 9 points, soit environ 1 h 35 sur les 3 h 30 de l'épreuve. Il porte sur le PLA, un polymère biodégradable obtenu à partir de l'acide lactique. La partie A dose l'acide lactique d'une solution commerciale par titrage, la partie B compare les spectres infrarouge du monomère et du polymère, puis étudie la vitesse de dégradation du PLA. Titrage, incertitudes, spectroscopie et cinétique : c'est une révision efficace de la chimie de Terminale.

Partie A : le titrage de l'acide lactique

La question A.1 demande la formule topologique de l'acide lactique et ses familles fonctionnelles. Le piège est d'entourer séparément C=O et OH sur le même carbone pour annoncer une cétone : ces deux éléments forment un seul groupe carboxyle. On trouve donc un alcool et un acide carboxylique. En A.2, le schéma du montage doit nommer chaque solution avec son rôle (titrante dans la burette, titrée dans le bécher) sans oublier la sonde de pH. L'équation support de A.3 s'écrit sans les ions sodium, spectateurs, avec une flèche simple car la réaction est totale.

En A.4.1, la méthode des tangentes parallèles donne un volume équivalent de 14,0 mL et un pH à l'équivalence voisin de 8. La relation à l'équivalence conduit en A.4.2 à C₁ = 7,00 × 10^-2 mol/L. L'erreur la plus fréquente est de s'arrêter là : la solution titrée a été diluée dix fois, donc C₀ = 7,00 × 10^-1 mol/L.

Incertitude, écart normalisé et indicateur coloré

La question A.4.3 combine trois incertitudes relatives : celle de la concentration titrante, celle du volume équivalent et celle de la pipette jaugée de 20,00 mL. Il faut prendre la bonne ligne du tableau de verrerie. On obtient u(C₀) ≈ 0,02 mol/L. En A.4.4, la valeur de référence est donnée en g/L : on la convertit avec la masse molaire avant tout calcul, ce qui donne 0,721 mol/L. L'écart normalisé vaut environ 1,1, inférieur à 2 : la mesure est compatible avec la référence. La question A.5 se règle avec le pH à l'équivalence : seul le rouge de crésol, dont la zone de virage va de 7,2 à 8,8, convient.

Partie B : spectroscopie et cinétique

En B.1, les deux spectres montrent la bande C=O : elle ne départage rien. C'est la bande large de la liaison O–H, présente dans le spectre B seulement, qui identifie l'acide lactique ; le spectre A est celui du PLA, dont les motifs sont reliés par des groupes ester. En B.2.1, à 50 min, il reste beaucoup plus de PLA à 140 °C qu'à 180 °C : la température est un facteur cinétique. En B.2.2, l'ion oxonium accélère la transformation sans apparaître dans l'équation : c'est un catalyseur.

La question B.3.1 piège ceux qui divisent par deux la durée totale de la transformation. Le temps de demi-réaction se lit là où le rapport des concentrations vaut 0,5 : environ 70 min à 160 °C. En B.3.2, une réponse qualitative suffit : le temps de demi-réaction diminue à 180 °C et augmente à 140 °C.

Conseils pour réussir cet exercice

Laissez visibles les traits de construction sur l'annexe, vérifiez les unités avant de calculer un écart normalisé et pensez systématiquement aux dilutions. Pour les spectres, cherchez la liaison présente dans une seule des deux espèces et citez le nombre d'onde de la bande correspondante.