Oui
Acide-base
Thermodynamique
Sujet Bac Corrigé - Vinaigre et bicarbonate - Polynésie 2025 Jour 2 - Ex 2 - Corrigé (Physique-chimie)
1 juin 2025
Terminale spécialité
🧴 Un produit ménager « fait maison » à base de vinaigre blanc et de bicarbonate de soude : c'est le support de l'exercice 2 du bac 2025 de physique-chimie en Polynésie (jour 2), sur 5 points.
- Acide éthanoïque : formule semi-développée et quantité de matière à partir du titre massique.
- Acide faible : équation avec l'eau, constante d'acidité, lecture du pKA et attribution des courbes d'un diagramme de distribution.
- Réaction avec le bicarbonate : équation, formation de mousse, réactif limitant et volume de gaz par l'équation d'état du gaz parfait.
Le sujet officiel et le corrigé détaillé sont gratuits en PDF, avec les méthodes et les pièges à éviter.
Fiche de cours
Acide-base — Terminale spécialité physique-chimie
L'essentiel du cours, les formules et les méthodes utiles pour cet exercice, sur une page gratuite.
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Corrigé interactif · 9 questions
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Q1À partir de la formule topologique de la figure 1, représenter la formule semi-développée de l'acide éthanoïque.
La chaîne compte deux atomes de carbone : celui du bout de segment (groupe CHX3) et celui du sommet, lié à O par une double liaison et au groupe OH.
Formule semi-développée : CHX3−COOH, représentée ci-dessous avec la double liaison C=O apparente.
Formule semi-développée de l'acide éthanoïqueTu avais trouvé ?
Q2Montrer que la quantité de matière n d'acide éthanoïque contenue dans un volume V=1,0 L de vinaigre blanc à 8,0 % en masse est voisine de 1,3 mol.
Données utiles ρ=1,01 g⋅mL−1 ; M=60 g⋅mol−1 ; titre massique w=8,0 %=0,080 ; V=1,0 L=1,0×103 mL
Masse du vinaigre : mvinaigre=ρV.
Masse d'acide éthanoïque : m=wρV.
Quantité de matière : n=Mm=MwρV
n=600,080×1,01×1,0×103=1,35 mol
n=1,35 mol, valeur voisine de 1,3 mol comme annoncé.
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Q3Écrire l'équation de la réaction modélisant la transformation entre l'acide éthanoïque, acide faible, et l'eau.
L'acide AH cède un ion HX+ à l'eau, qui joue le rôle de base (couples AH/AX− et HX3OX+/HX2O). L'acide est faible : la transformation n'est pas totale, on écrit une double flèche.
AH(aq)+HX2O(l)AX−(aq)+HX3OX+(aq) Tu avais trouvé ?
Q4Donner l'expression littérale de la constante d'acidité KA du couple AH(aq)/AX−(aq) en fonction de c∘ et des concentrations à l'équilibre de HX3OX+, AH et AX−.
KA est la constante d'équilibre de la réaction de l'acide avec l'eau (Q3) ; l'eau, solvant, n'y figure pas.
KA=[AH]eˊq×c∘[AX−]eˊq×[HX3OX+]eˊq
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Q5À l'aide du diagramme de distribution de la figure 2, déterminer la valeur du pKA du couple acide éthanoïque / ion éthanoate. Justifier.
Indice Sur un diagramme de distribution, le pKA se lit toujours à l'abscisse du croisement des deux courbes, à l'ordonnée 50 %. Il faut le justifier par l'égalité des concentrations.
On a pH=pKA+log[AH]eˊq[AX−]eˊq.
Au point d'intersection des deux courbes, les deux espèces sont en proportions égales (50 % chacune) : [AX−]eˊq=[AH]eˊq, donc log1=0 et pH=pKA.
Sur la figure 2, les courbes se croisent à l'abscisse pH=4,8.
pKA=4,8
50 %pKA=4,8Proportion (%)pH Figure 2 du sujet : les deux courbes se croisent à 50 %, pour pH = 4,8Tu avais trouvé ?
Q6Attribuer chaque courbe du diagramme de la figure 2 à l'espèce, AH(aq) ou AX−(aq), qui lui correspond. Justifier.
Données utiles pKA=4,8 (Q5)
Pour pH<pKA, log[AH]eˊq[AX−]eˊq<0, donc [AH]eˊq>[AX−]eˊq : l'acide prédomine en milieu acide. Pour pH>pKA, c'est la base AX− qui prédomine.
La courbe 2 (tirets) est proche de 100 % aux faibles pH et décroît ; la courbe 1 (trait plein) croît et approche 100 % aux pH élevés.
Courbe 2 : acide éthanoïque AH(aq) ; courbe 1 : ion éthanoate AX−(aq).
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Q7Écrire l'équation de la réaction, supposée totale, modélisant la transformation entre l'acide éthanoïque AH(aq) et les ions hydrogénocarbonate.
Données utiles couples AH(aq)/AX−(aq) et COX2(aq)/HCOX3X−(aq)
L'acide AH cède un ion HX+ : AH=AX−+HX+.
La base HCOX3X− le capte : HCOX3X−+HX+=COX2+HX2O.
La réaction est totale : flèche simple.
AH(aq)+HCOX3X−(aq)AX−(aq)+COX2(aq)+HX2O(l) Tu avais trouvé ?
Q8Expliquer la formation de mousse lors de la réaction entre l'acide éthanoïque et le bicarbonate de soude.
La réaction (Q7) produit du dioxyde de carbone. Cette espèce est peu soluble dans l'eau : la solution est vite saturée et le dioxyde de carbone se dégage sous forme de gaz, COX2(g).
Les bulles de COX2 gazeux formées au sein du liquide y restent en partie emprisonnées : c'est la mousse.
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Q9À l'aide de l'équation d'état du gaz parfait, déterminer le volume Vg de gaz libéré par la réaction entre 100 mL de vinaigre à 8,0 % et 0,20 mol d'ions hydrogénocarbonate.
Données utiles n=1,35 mol dans 1,0 L (Q2) ; Vvinaigre=100 mL ; n′=0,20 mol ; P=1020 hPa=1,020×105 Pa ; θ=25 ∘C ; R=8,314 Pa⋅m3⋅mol−1⋅K−1
Indice Question ouverte : annoncer les étapes (quantités initiales, réactif limitant, quantité de gaz, équation d'état). Avec P en Pa et T en K, le volume sort en m3 ; 1 m3=1000 L.
Quantité d'acide introduite. 100 mL est le dixième de 1,0 L : nAH=101,35=0,135 mol.
Réactif limitant. D'après l'équation (Q7), une mole de AH réagit avec une mole de HCOX3X−. Comme nAH=0,135 mol<n′=0,20 mol, l'acide éthanoïque est le réactif limitant.
Quantité de gaz. La réaction est totale et une mole de AH donne une mole de COX2 : nCOX2=nAH=0,135 mol. On admet que tout le dioxyde de carbone formé se dégage.
Volume. T=25+273,15=298,15 K et PVg=nCOX2RT, donc Vg=PnCOX2RT
Vg=1,020×1050,135×8,314×298,15=3,3×10−3 m3
Vg=3,3×10−3 m3=3,3 L
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Vinaigre et bicarbonate : un exercice de chimie de 5 points
Le deuxième exercice du bac 2025 de physique-chimie en Polynésie (jour 2) part d'une recette de produit ménager « fait maison » : du vinaigre blanc à 8,0 % en masse mélangé à du bicarbonate de soude. Noté sur 5 points, pour une durée conseillée d'environ 53 minutes, il comporte 9 questions qui balaient les acides et les bases puis se terminent par un calcul de volume de gaz.
L'acide éthanoïque dans le vinaigre (Q1 et Q2)
La formule topologique se traduit en formule semi-développée CH3-COOH, avec la double liaison C=O apparente. Le piège est de dessiner toutes les liaisons C-H, ce qui donne la formule développée, non demandée. Le calcul de quantité de matière enchaîne masse du vinaigre, masse d'acide puis division par la masse molaire : n = w·ρ·V/M = 1,35 mol, voisin de 1,3 mol comme annoncé. La masse volumique étant en g/mL, le volume doit être exprimé en millilitres ; sinon, le résultat est mille fois trop petit.
Un acide faible (Q3 à Q6)
L'acide éthanoïque est faible : sa réaction avec l'eau s'écrit avec une double flèche, états physiques compris. Une flèche simple signifierait un acide fort. L'expression de KA fait intervenir les concentrations à l'équilibre de l'ion éthanoate, de l'ion oxonium et de l'acide, avec un seul c° au dénominateur ; l'eau, solvant, n'y figure pas. Sur le diagramme de distribution, le pKA se lit à l'abscisse du croisement des deux courbes : pKA = 4,8. La justification attendue repose sur l'égalité des concentrations des deux espèces en ce point. Pour attribuer les courbes, on rappelle que l'acide prédomine quand le pH est inférieur au pKA : la courbe en tirets correspond à l'acide, la courbe en trait plein à l'ion éthanoate. Une attribution sans justification ne rapporte pas tous les points.
La réaction avec le bicarbonate (Q7 à Q9)
L'équation, supposée totale, combine les couples de l'acide éthanoïque et du dioxyde de carbone : AH + HCO3- → A- + CO2 + H2O. Les ions sodium, spectateurs, n'apparaissent pas. La mousse s'explique par le dégagement de dioxyde de carbone, peu soluble dans l'eau, dont les bulles restent en partie emprisonnées dans le liquide. La dernière question est ouverte : 100 mL de vinaigre contiennent 0,135 mol d'acide, moins que les 0,20 mol d'ions hydrogénocarbonate. L'acide est donc le réactif limitant et la réaction produit 0,135 mol de dioxyde de carbone. L'équation d'état du gaz parfait, avec la pression en pascals et la température en kelvins, donne un volume d'environ 3,3 L. Calculer directement avec 0,20 mol, sans chercher le réactif limitant, conduit à une valeur fausse.
Conseils
Dans une question ouverte, annoncez vos étapes : quantités initiales, réactif limitant, quantité de gaz, puis équation d'état. Vérifiez les unités avant chaque application numérique, et justifiez toute lecture graphique par une relation du cours. C'est souvent cette justification qui fait la différence sur ce type d'exercice.