Oui
Titrage
Acide-base
Dosage par étalonnage
Sujet Bac Corrigé - Certification d'un vin - Centres étrangers 1 2024 Jour 1 - Ex 1 - Corrigé (Physique-chimie)
1 juin 2024
Terminale spécialité
Un vigneron peut-il obtenir les labels AB, Terra Vitis ou Demeter ? Pour le savoir, il faut doser le dioxyde de soufre de son vin. Cet exercice de 9 points du bac 2024 Centres étrangers 1 Jour 1 balaie une grande partie de la chimie de terminale. 🍇
- Nomenclature : éthanal, ester et butanoate d'éthyle.
- Acide-base : constante d'acidité, espèce amphotère, diagramme de prédominance.
- Dosage par étalonnage : dilution, choix de la longueur d'onde, loi de Beer-Lambert.
- Titrage : équation d'oxydoréduction, équivalence et verdict sur les certifications.
Le sujet officiel et le corrigé détaillé, question par question, sont gratuits en PDF.
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Q1Écrire la formule semi-développée de l'éthanal.
Préfixe « éth » : deux atomes de carbone ; terminaison « al » : groupe aldéhyde en bout de chaîne.
CHX3−CH=O
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Q2Écrire la formule semi-développée de la molécule donnée en formule topologique. Entourer le groupe caractéristique et nommer la famille fonctionnelle associée.
Indice Compter les atomes de carbone avant et après avoir écrit la formule : ici 4 du côté de C=O (celui du groupe compris) et 2 après l'atome d'oxygène, soit CX6HX12OX2.
Chaque extrémité et chaque sommet de la ligne brisée est un atome de carbone, complété par des atomes d'hydrogène pour former quatre liaisons (voir la formule ci-dessous, groupe entouré).
Le groupe caractéristique −COO− relié à deux chaînes carbonées est celui de la famille des esters.
Formule semi-développée, groupe ester entouréTu avais trouvé ?
Chaîne qui porte C=O : 4 atomes de carbone, d'où « butanoate ». Chaîne liée à l'atome d'oxygène : 2 atomes de carbone, d'où « éthyle ».
butanoate d'éthyle
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Q4Écrire l'équation de la réaction modélisant la transformation de l'acide sulfureux avec l'eau.
L'acide HX2SOX3 cède un ion HX+ à l'eau, qui joue le rôle de base :
HX2SOX3(aq)+HX2O(l)HSOX3X−(aq)+HX3OX+(aq) Tu avais trouvé ?
Q5Exprimer la constante d'acidité KA1 associée à cette équation de réaction.
KA1=[HX2SOX3]eˊq×c∘[HSOX3X−]eˊq×[HX3OX+]eˊq avec c∘=1 mol⋅L−1
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Q6Justifier le caractère amphotère de l'espèce chimique HSOX3X−.
HSOX3X− est la base du couple HX2SOX3 / HSOX3X− : elle peut capter un ion HX+.
HSOX3X− est l'acide du couple HSOX3X− / SOX3X2− : elle peut céder un ion HX+.
HSOX3X− est à la fois un acide et une base : c'est une espèce amphotère.
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Q7Représenter le diagramme de prédominance pour les trois espèces contenant l'élément soufre.
Données utiles pKA1=1,8 ; pKA2=7,2
Pour un couple, l'acide prédomine si pH<pKA et la base si pH>pKA.
HX2SOX3 prédomine pour pH<1,8 ; HSOX3X− pour 1,8<pH<7,2 ; SOX3X2− pour pH>7,2.
Diagramme de prédominance des espèces soufréesTu avais trouvé ?
Q8Indiquer l'espèce soufrée prédominante contenue dans un vin dont le pH vaut 3,1. Justifier.
1,8<3,1<7,2 : le pH du vin est compris entre pKA1 et pKA2.
D'après le diagramme de la Q.7, l'espèce prédominante est l'ion HSOX3X−.
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Q9Décrire le protocole de dilution pour préparer 100,0 mL de solution diluée de diiode en précisant la verrerie utilisée.
Données utiles dilution au dixième ; volume à préparer V1=100,0 mL
Diluer 10 fois : le volume de solution mère à prélever est V0=10V1=10100,0=10,0 mL.
- Verser un peu de solution mère dans un bécher, puis en prélever 10,0 mL avec une pipette jaugée de 10,0 mL munie d'une poire à pipeter.
- Introduire ce prélèvement dans une fiole jaugée de 100,0 mL.
- Compléter avec de l'eau distillée jusqu'aux deux tiers, boucher, agiter.
- Ajuster au trait de jauge avec de l'eau distillée, boucher, homogénéiser.
Pipette jaugée de 10,0 mL et fiole jaugée de 100,0 mL.
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Q10Déterminer, à l'aide de la figure 1, la longueur d'onde pertinente pour les mesures d'absorbance. Justifier le choix.
Sur le spectre, l'absorbance du diiode passe par un maximum situé entre 450 nm et 500 nm.
On règle le spectrophotomètre sur ce maximum : les écarts d'absorbance entre deux solutions y sont les plus grands, ce qui rend la mesure plus sensible et diminue l'incertitude relative.
λmax≈475 nm
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Q11Montrer que les mesures obtenues pour les solutions étalons de diiode peuvent être modélisées par la loi de Beer-Lambert.
Loi de Beer-Lambert : l'absorbance est proportionnelle à la concentration, A=k×c.
Sur la figure 2, les cinq points sont pratiquement alignés sur une droite qui passe par l'origine (droite tracée à la Q.12) : cette représentation est celle d'une fonction linéaire.
A est proportionnelle à c : les mesures suivent la loi de Beer-Lambert.
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Q12Déterminer la valeur de la concentration en quantité de matière de diiode de la solution S1.
Données utiles A1=0,80 ; figure 2
On trace la droite passant par l'origine et au plus près des cinq points. Elle passe par le point (1,0 mmol⋅L−1 ; 1,60), donc k=1,01,60=1,6 L⋅mmol−1.
Pour A1=0,80 : c1=kA1=1,60,80=0,50 mmol⋅L−1, valeur confirmée par la lecture graphique.
c1=0,50 mmol⋅L−1=5,0×10−4 mol⋅L−1
A1=0,80c1=0,50Ac (mmol⋅L−1) Figure 2 du sujet, avec la droite modèle et la lecture pour A1=0,80Tu avais trouvé ?
Q13Associer à chaque numéro (1, 2, 3, 4) du schéma du dispositif de titrage un nom de matériel ou d'espèce chimique.
- 1 : burette graduée ;
- 2 : solution titrante S1 de diiode IX2(aq) ;
- 3 : barreau aimanté (posé sur l'agitateur magnétique) ;
- 4 : solution titrée S2 contenant HX2SOX3(aq), avec quelques gouttes d'empois d'amidon.
Le diiode (titrant) est dans la burette, la solution S2 (titrée) dans le bécher.
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Q14Montrer que l'équation de la réaction support du titrage est
HX2SOX3(aq)+IX2(aq)+HX2O(l)SOX4X2−(aq)+4HX+(aq)+2IX−(aq).
Données utiles couples SOX4X2−(aq) / HX2SOX3(aq) et IX2(aq) / IX−(aq)
Indice Demi-équation en milieu acide : équilibrer l'élément principal (S), puis O avec HX2O, puis H avec HX+, enfin les charges avec des électrons. Vérifier : charge nulle à gauche, −2+4−2=0 à droite.
Oxydation de l'acide sulfureux : HX2SOX3(aq)+HX2O(l)=SOX4X2−(aq)+4HX+(aq)+2eX−
Réduction du diiode : IX2(aq)+2eX−=2IX−(aq)
Les deux demi-équations échangent chacune 2 électrons : on les additionne membre à membre.
HX2SOX3(aq)+IX2(aq)+HX2O(l)SOX4X2−(aq)+4HX+(aq)+2IX−(aq) : c'est bien l'équation proposée. Tu avais trouvé ?
Q15Établir la relation à l'équivalence entre les quantités de matière nE(IX2) de diiode introduit et n0(HX2SOX3) de dioxyde de soufre dissous.
À l'équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques de l'équation du titrage. Les nombres stœchiométriques de HX2SOX3 et de IX2 valent tous deux 1 :
n0(HX2SOX3)=nE(IX2)
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Q16Indiquer si le vigneron peut prétendre obtenir l'une ou l'autre de ces certifications.
Données utiles c1=5,0×10−4 mol⋅L−1 ; Ve=9,9 mL ; V2=10,0 mL ; M=82,1 g⋅mol−1 ; maximums : 150 (AB), 170 (Terra Vitis), 90 (Demeter) mg⋅L−1
D'après la Q.15 : c2×V2=c1×Ve, donc c2=V2c1×Ve.
c2=10,05,0×10−4×9,9=4,95×10−4 mol⋅L−1
Concentration en masse : cm=c2×M=4,95×10−4×82,1=4,1×10−2 g⋅L−1, soit 41 mg⋅L−1.
Comparaison : 41<90<150<170 (en mg⋅L−1).
cm≈41 mg⋅L−1, inférieure aux trois maximums : le vigneron peut prétendre aux trois certifications (AB, Terra Vitis et Demeter).
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Certification d'un vin : un exercice de chimie très complet
Le premier exercice du bac 2024 Centres étrangers 1 Jour 1, noté sur 9 points, part d'une question concrète : un vigneron peut-il prétendre aux certifications AB, Terra Vitis ou Demeter, qui fixent chacune une teneur maximale en dioxyde de soufre ? En seize questions, le sujet passe par la nomenclature, les couples acide-base, la spectrophotométrie et un titrage par oxydoréduction. Les questions sont souvent courtes et proches du cours : c'est un exercice où la rigueur de rédaction fait la différence.
Les passages clés, question par question
Q1 à Q3 : nomenclature
L'éthanal s'écrit CH3-CH=O : deux atomes de carbone et un groupe aldéhyde en bout de chaîne. La molécule donnée en formule topologique porte le groupe -COO- relié à deux chaînes carbonées : c'est un ester, le butanoate d'éthyle. Le piège classique consiste à inverser les deux chaînes : la partie en « oate » est toujours celle qui contient l'atome de carbone du groupe C=O.
Q4 à Q8 : l'acide sulfureux et ses couples
L'acide sulfureux H2SO3 cède un ion H+ à l'eau ; la réaction est limitée, d'où la double flèche. Dans l'expression de KA1, l'eau, qui est le solvant, n'apparaît pas. L'ion HSO3- est base d'un couple et acide de l'autre : il est amphotère. Le diagramme de prédominance s'appuie sur pKA1 = 1,8 et pKA2 = 7,2, et dans un vin de pH 3,1 c'est HSO3- qui prédomine.
Q9 à Q12 : le dosage par étalonnage
La dilution au dixième demande une pipette jaugée de 10,0 mL et une fiole jaugée de 100,0 mL ; citer une éprouvette graduée coûte des points. La longueur d'onde de travail se choisit au maximum d'absorbance, vers 475 nm, et c'est la justification qui est notée. Pour valider la loi de Beer-Lambert, il ne suffit pas de dire que les points sont alignés : la droite doit aussi passer par l'origine. La lecture graphique donne ensuite c1 = 0,50 mmol/L pour A1 = 0,80.
Q13 à Q16 : le titrage et le verdict
Le diiode, solution titrante, est placé dans la burette. L'équation du titrage s'obtient en combinant les demi-équations des couples SO42-/H2SO3 et I2/I-, qui échangent chacune deux électrons. À l'équivalence, n0(H2SO3) = nE(I2). Avec Ve = 9,9 mL, on obtient une concentration en masse d'environ 41 mg/L, inférieure aux trois maximums : le vigneron peut prétendre aux trois certifications.
Les pièges à éviter
Trois erreurs reviennent : écrire l'eau dans la constante d'acidité, oublier le passage par l'origine dans la justification de Beer-Lambert, et comparer une concentration en g/L à un tableau exprimé en mg/L. Il faut aussi garder la valeur intermédiaire non arrondie et n'arrondir qu'à la fin, avec deux chiffres significatifs.
Conseils pour réussir cet exercice
Pour la demi-équation en milieu acide, suivez toujours le même ordre : élément principal, puis oxygène avec H2O, hydrogène avec H+, et enfin les charges avec des électrons. Pour la question finale, rédigez la chaîne complète : relation à l'équivalence, concentration molaire, concentration en masse, conversion, puis comparaison explicite avec chaque seuil. Le corrigé détaillé reprend chaque étape avec les calculs et les erreurs fréquentes.