Une chaufferette sous la loupe du titrage conductimétrique
Le deuxième exercice du bac 2023 de physique-chimie en Métropole (septembre, jour 1) compte 4 points, pour une quarantaine de minutes de travail. Il porte sur la solution contenue dans une chaufferette : une solution d'éthanoate de sodium dont on veut montrer qu'elle est sursaturée. Les cinq questions forment une démarche complète de chimie analytique : diluer, titrer, exploiter la courbe, puis conclure par une comparaison avec la solubilité.
Préparer la solution S (Q1)
La solution de la chaufferette est diluée 25 fois pour obtenir 50,0 mL de solution S. La conservation de la quantité de matière donne le volume à prélever : V0 = V1/F = 2,0 mL. Le protocole attendu utilise une pipette jaugée de 2,0 mL et une fiole jaugée de 50,0 mL, avec les étapes classiques : prélèvement dans un bécher, remplissage aux deux tiers, agitation, ajustement au trait de jauge et homogénéisation. Le calcul de V0 fait partie de la justification demandée.
Suivre les ions pendant le titrage (Q2 et Q3)
La réaction support est celle des ions éthanoate avec les ions oxonium apportés par l'acide chlorhydrique. Le tableau à compléter demande l'évolution de chaque concentration. Les ions sodium, spectateurs, restent constants. Les ions éthanoate diminuent jusqu'à l'équivalence puis deviennent négligeables. Les ions oxonium restent négligeables avant l'équivalence, puis augmentent. Les ions chlorure augmentent pendant tout le titrage. La question 3 exploite ensuite la loi de Kohlrausch : avant l'équivalence, chaque ion éthanoate est remplacé par un ion chlorure, de conductivité molaire ionique un peu plus grande, et la conductivité augmente lentement. Après, les ions oxonium, de conductivité molaire très élevée, s'accumulent et la pente devient bien plus forte.
Lire l'équivalence et conclure (Q4 et Q5)
Le volume à l'équivalence se lit à l'intersection des deux droites modélisant les portions rectilignes de la courbe : VE ≈ 16,3 mL. La relation à l'équivalence, CSVS = CVE, donne CS = 0,326 mol·L−1. Il faut alors remonter à la solution de la chaufferette en multipliant par le facteur de dilution, puis par la masse molaire : la concentration en masse atteint environ 6,7 × 102 g·L−1, nettement au-dessus de la solubilité de 365 g·L−1. La solution est bien sursaturée.
Les pièges à éviter
Prélever avec une éprouvette graduée ne convient pas pour une dilution précise. Dans le tableau, on oublie souvent que l'acide chlorhydrique apporte des ions chlorure à chaque ajout. Pour la courbe, raisonner sur la seule disparition des ions éthanoate ferait conclure à tort à une baisse de la conductivité : il faut tenir compte de tous les ions, spectateurs compris. Pour VE, ne reliez pas les points à main levée et n'utilisez pas les points proches de l'équivalence pour tracer les droites. Enfin, oublier le facteur 25 donne la concentration de S, et non celle de la chaufferette.
Conseils de méthode
Retenez que le facteur de dilution est le rapport des volumes de la fiole et de la pipette. Pour justifier l'allure d'une courbe de titrage conductimétrique, comparez les conductivités molaires ioniques des ions qui apparaissent et de ceux qui disparaissent. Arrondissez le résultat final à deux chiffres significatifs, comme la concentration C de la solution titrante : la conclusion reste la même quelle que soit l'incertitude sur la lecture de VE.