Du fromage et du beurre : ce que demande l'exercice
Le premier exercice du Bac S 2017 Métropole rattrapage, noté sur 4 points, est un exercice de chimie des solutions construit autour de l'acide butanoïque. Cette molécule est responsable du gonflement de certains fromages lors de la fermentation butyrique et de l'odeur du beurre rance. L'exercice enchaîne trois parties : les propriétés acido-basiques de l'acide, la fermentation qui le produit, puis un titrage conductimétrique qui permet de décider si un échantillon de beurre est rance. Les questions sont courtes et classiques, ce qui en fait un très bon entraînement sur les fondamentaux.
Les passages clés, question par question
Partie 1 : un acide faible
La formule topologique de l'acide butanoïque est une ligne brisée de trois liaisons terminée par le groupe carboxyle. L'erreur classique consiste à dessiner quatre segments dans la chaîne, ce qui donnerait cinq carbones : le carbone du groupe carboxyle fait partie des quatre. L'équation de la réaction avec l'eau s'écrit avec une double flèche, car un acide faible ne réagit pas totalement. Pour justifier ce caractère faible, on compare le pH mesuré, 3,2, à la valeur qu'aurait un acide fort de même concentration, soit -log c = 1,5 pour c = 3,0 × 10-2 mol·L-1. Le pH mesuré est plus grand : il s'est formé beaucoup moins d'ions oxonium, environ 2 % de c seulement. Enfin, comme le pH (3,2) est inférieur au pKa (4,8), c'est la forme acide qui prédomine, ce que confirme le diagramme de prédominance.
Partie 2 : la fermentation butyrique
Le gonflement des fromages s'explique en relisant l'équation : la fermentation produit deux gaz, le dioxyde de carbone et le dihydrogène, qui restent piégés dans la pâte. La question suivante est un bilan de matière : 2,0 g d'acide lactique (M = 90,0 g·mol-1) donnent-ils environ 1 g d'acide butanoïque ? Il faut tenir compte du nombre stœchiométrique 2 devant l'acide lactique, ce qui conduit à m = 0,98 g. Oublier ce coefficient donne le double, un piège fréquent.
Partie 3 : le titrage du beurre
La courbe de conductivité est formée de deux portions de droite. On trace à la règle une droite par portion : leur intersection donne VE = 6,4 mL, d'où une quantité d'ions hydroxyde de 2,6 × 10-3 mol. Lire l'équivalence sur le point de mesure le plus proche serait une erreur de méthode. La dernière question est ouverte : à l'équivalence, la quantité d'acide butanoïque est égale à celle des ions hydroxyde versés, ce qui donne une masse d'environ 0,23 g, puis un pourcentage massique de 2,8 % dans les 8,0 g de beurre. Ce pourcentage reste sous le seuil de 4 % : le beurre n'est pas rance.
Les pièges à éviter
Trois erreurs reviennent : la flèche simple dans l'équation d'un acide faible, l'oubli du coefficient 2 dans le bilan de matière et la lecture de l'équivalence sans tracer les droites. Il faut aussi garder les valeurs non arrondies dans les calculs intermédiaires ; en repartant des valeurs arrondies, on obtient 2,9 %, sans changer la conclusion.
Conseils pour réussir
Pour la question ouverte finale, annonce ton plan avant de calculer : relation à l'équivalence, masse d'acide, pourcentage massique, comparaison au seuil. Rédige une conclusion qui répond explicitement à la question posée. Soigne aussi les chiffres significatifs : un pH se donne avec une décimale ici, comme la valeur mesurée. Cet exercice reste entièrement dans l'esprit du programme actuel de spécialité.