Corrigé interactif · 8 questions
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Cherche d'abord la question sur le sujet, puis compare avec ce qu'il faut écrire sur ta copie.
Q1Proposer un protocole pour préparer 100,0 mL d'eau de Quinton isotonique à partir de l'eau commerciale, en nommant la verrerie et ses volumes.
Données utiles dilution 5 fois ; volume à préparer Vf=100,0 mL
Indice Facteur de dilution F=CfilleCmeˋre=VmeˋreVfille : le volume à prélever est le volume final divisé par F.
Diluer 5 fois : le volume d'eau commerciale à prélever est V0=5Vf=5100,0=20,0 mL.
- Verser un peu d'eau de Quinton commerciale dans un bécher.
- En prélever 20,0 mL avec une pipette jaugée de 20,0 mL munie d'une propipette.
- Les introduire dans une fiole jaugée de 100,0 mL.
- Ajouter de l'eau distillée aux trois quarts, boucher, agiter.
- Compléter à l'eau distillée jusqu'au trait de jauge, boucher, homogénéiser.
Pipette jaugée de 20,0 mL et fiole jaugée de 100,0 mL.
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Q2Vérifier le caractère isotonique de la solution ainsi préparée.
Données utiles eau de mer bretonne : Cm=19,4 g⋅L−1 en ions chlorure ; M(Cl)=35,5 g⋅mol−1 ; sang : entre 100 et 110 mmol⋅L−1
L'eau commerciale est une eau de mer bretonne. Sa concentration en quantité de matière en ions chlorure est :
C0=M(Cl)Cm=35,519,4=0,546 mol⋅L−1
Après une dilution d'un facteur 5 : C=5C0=50,546=0,109 mol⋅L−1, soit 109 mmol⋅L−1.
100<109<110 mmol⋅L−1 : la solution préparée est bien isotonique.
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Q3Écrire l'équation de la réaction modélisant la transformation mise en jeu au cours du titrage.
Les ions argent versés réagissent avec les ions chlorure pour former un précipité ; la transformation est totale.
AgX+(aq)+ClX−(aq)AgCl(s) Tu avais trouvé ?
Q4Identifier, en justifiant, les espèces A, B, C et D parmi NaX+, ClX−, NOX3X− et AgX+.
Données utiles figure 2 : concentrations simulées en fonction du volume de solution titrante versé
Indice Pour chaque ion d'un titrage, se poser deux questions : est-il dans le bécher ou dans la burette ? Réagit-il ou est-il spectateur ? Les quatre réponses donnent les quatre allures possibles.
- A : sa concentration décroît puis reste nulle après l'équivalence. C'est le réactif titré, consommé peu à peu : ClX−.
- B : sa concentration est nulle avant l'équivalence puis augmente. C'est le réactif titrant, entièrement consommé tant qu'il reste des ions chlorure, puis en excès : AgX+.
- C : sa concentration augmente dès le début, tout au long du titrage. C'est l'ion spectateur apporté par la burette : NOX3X−.
- D : sa concentration reste constante. C'est l'ion spectateur présent dès le départ dans le bécher : NaX+.
A : ClX− ; B : AgX+ ; C : NOX3X− ; D : NaX+
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Q5Donner l'expression de la ligne 15 du programme Python calculant le volume à l'équivalence V_E en fonction de C_1, C_2 et V_1.
À l'équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques de l'équation (Q3), ici une mole pour une mole :
n(AgX+)verseˊ=n(ClX−)initial, soit C2×VE=C1×V1, donc VE=C2C1×V1.
Ligne 15 : V_E = C_1 * V_1 / C_2
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Q6En utilisant les résultats de la simulation de la figure 2, expliquer l'évolution de la conductivité mesurée au cours du dosage.
Données utiles λ(ClX−)=7,63×10−3 ; λ(AgX+)=6,19×10−3 ; λ(NOX3X−)=7,14×10−3 ; λ(NaX+)=5,01×10−3, en S⋅m2⋅mol−1
Loi de Kohlrausch : σ=λ(NaX+)[NaX+]+λ(ClX−)[ClX−]+λ(NOX3X−)[NOX3X−]+λ(AgX+)[AgX+].
Avant l'équivalence : [NaX+] est constante et [AgX+] nulle. Chaque ion ClX− consommé est remplacé par un ion NOX3X−, un peu moins conducteur (7,14×10−3<7,63×10−3) : σ diminue faiblement.
Après l'équivalence : il n'y a plus d'ions ClX−. Les ions AgX+ et NOX3X− versés ne sont plus consommés et s'accumulent, [NaX+] restant constante : σ augmente nettement.
σ décroît lentement jusqu'à l'équivalence, puis croît fortement : la rupture de pente repère l'équivalence.
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Q7Exploiter les résultats expérimentaux pour déterminer la concentration en masse CQuinton des ions chlorure dans l'eau de Quinton.
Données utiles V1=10,0 mL ; C2=3,00×10−1 mol⋅L−1 ; M(Cl)=35,5 g⋅mol−1 ; figure A1 de l'annexe
Sur la figure A1, on trace une droite moyenne pour chacune des deux portions. Leur point d'intersection donne le volume équivalent : VE≈18,2 mL.
À l'équivalence, n(ClX−)initial=n(AgX+)verseˊ. En notant C la concentration en quantité de matière des ions chlorure dans l'eau de Quinton, C×V1=C2×VE, donc :
C=V1C2×VE=10,03,00×10−1×18,2=0,546 mol⋅L−1
Concentration en masse : CQuinton=C×M(Cl)=0,546×35,5
CQuinton=19,4 g⋅L−1
Figure A1 de l'annexe complétée : les deux droites tracées se coupent à l'équivalenceTu avais trouvé ?
Q8Vérifier si la concentration trouvée est en accord avec la concentration en ions chlorure de l'eau de mer bretonne.
Données utiles CQuinton=19,38 g⋅L−1 et VE=18,2 mL (Q7) ; u(VE)=0,5 mL ; u(V1)=0,02 mL ; u(C2)=2×10−3 mol⋅L−1 ; Creˊf=19,4 g⋅L−1
Incertitude-type u=u(CQuinton) :
u=19,38×(10,00,02)2+(18,20,5)2+(3,00×10−12×10−3)2=0,55 g⋅L−1
Arrondie par excès à un chiffre significatif : u(CQuinton)=0,6 g⋅L−1.
Quotient : u(CQuinton)∣CQuinton−Creˊf∣=0,6∣19,38−19,4∣≈0,03
Le quotient, voisin de 0,03, est très inférieur à 2 : la concentration mesurée est en accord avec celle de l'eau de mer bretonne.
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Eau de Quinton : un titrage conductimétrique en 4 points
L'exercice 2 du bac 2025 de physique-chimie en Métropole (jour 2) est le plus court du sujet : 4 points et 8 questions. Il porte sur l'eau de Quinton, une eau de mer bretonne qu'on dilue pour la rendre isotonique, c'est-à-dire de même concentration en ions chlorure que le sang. C'est un exercice de chimie des solutions très classique, idéal pour vérifier qu'on maîtrise la dilution, le titrage et la loi de Kohlrausch.
Dilution et caractère isotonique (Q1 et Q2)
Pour préparer 100,0 mL d'une solution diluée cinq fois, on prélève 20,0 mL avec une pipette jaugée et on complète dans une fiole jaugée de 100,0 mL. Une éprouvette graduée ou un bécher ne suffisent pas : seule la verrerie jaugée garantit la précision annoncée. Il faut ensuite vérifier le caractère isotonique : la concentration en masse de 19,4 g/L, divisée par la masse molaire du chlore (35,5 g/mol), donne 0,546 mol/L, puis 109 mmol/L après dilution. Cette valeur est bien comprise entre 100 et 110 mmol/L. Le piège est de comparer directement des grammes par litre à des millimoles par litre.
Le titrage et ses espèces (Q3 à Q5)
L'équation de titrage est Ag+ + Cl- → AgCl, sans les ions spectateurs Na+ et NO3-, et avec les états physiques. Pour identifier les quatre courbes de la simulation, on se pose deux questions pour chaque ion : vient-il du bécher ou de la burette, réagit-il ou est-il spectateur ? On obtient ainsi Cl- pour la courbe décroissante, Ag+ pour celle qui n'apparaît qu'après l'équivalence, NO3- pour celle qui croît dès le début et Na+ pour la constante. La ligne Python attendue traduit la relation à l'équivalence : V_E = C_1 * V_1 / C_2, écrite avec les noms de variables du programme.
Conductivité et exploitation (Q6 à Q8)
La question 6 est la plus exigeante. Avant l'équivalence, chaque ion chlorure consommé est remplacé par un ion nitrate, un peu moins conducteur : la conductivité diminue faiblement. Après l'équivalence, les ions argent et nitrate s'accumulent : elle augmente nettement. Dire seulement que des ions disparaissent ne suffit pas, il faut comparer les conductivités molaires ioniques.
Le tracé des deux droites donne un volume équivalent d'environ 18,2 mL, d'où une concentration de 0,546 mol/L et une concentration en masse de 19,4 g/L. Le volume titré est V1 = 10,0 mL et non le volume total après ajout d'eau distillée. Enfin, l'incertitude-type, arrondie par excès à 0,6 g/L, donne un quotient d'environ 0,03, très inférieur à 2 : la mesure est en accord avec la valeur de référence.
Conseils pour réussir
Sur un exercice de 4 points, la concision compte : une phrase de justification par espèce, une formule littérale avant chaque calcul, une conclusion explicite à chaque comparaison. Retenez aussi qu'une incertitude se donne avec un seul chiffre significatif et que c'est la lecture du volume équivalent qui limite ici la précision.