L'acide formique, un carburant venu des fourmis
Ce premier exercice du bac S 2013 de Nouvelle-Calédonie (session de rattrapage) vaut 5 points et se traite en 50 minutes environ. Il part d'un texte de vulgarisation : l'acide formique, présent dans le venin des fourmis, pourrait servir à stocker l'hydrogène des véhicules de demain. La première partie relève du stockage chimique de l'énergie, la seconde de la chimie acide-base, avec le tamanoir, grand mangeur de fourmis, comme fil conducteur. Les calculs sont peu nombreux ; ce sont surtout la justification et le vocabulaire qui rapportent des points.
Partie 1 : stocker l'hydrogène sous forme liquide
La question 1.1 demande trois arguments en faveur de l'acide formique. On les tire du texte et on les rédige par comparaison : il est très peu inflammable alors que le dihydrogène est explosif, il stocke presque deux fois plus d'hydrogène à volume égal (53 g par litre contre 28 g pour le gaz comprimé à 350 bars) et, liquide à température ambiante, il se distribue à la pompe.
La question 1.2 est le seul vrai calcul. La masse d'un litre d'acide formique vaut d × ρeau × V = 1,22 kg, sa masse molaire 46,0 g/mol. La décomposition HCO2H → CO2 + H2 étant totale, une mole d'acide libère une mole de dihydrogène, d'où une masse de 53 g. Le piège est de garder 1,22 kg avec des masses molaires en g/mol : on obtient 0,053 sans comprendre qu'il s'agit de kilogrammes. Il faut aussi remarquer que l'« hydrogène » du texte désigne le gaz H2, de masse molaire 2,0 g/mol.
La question 1.3 consiste à compléter une chaîne de conversions : CO2 entre dans la première transformation catalysée, HCO2H en sort, O2 alimente la pile à combustible, qui fournit l'énergie électrique. Repérer la symétrie entre électrolyse et pile aide à placer les termes sans hésiter.
Partie 2 : l'acide formique, un acide faible
En 2.1.1, il faut rappeler qu'un acide de Brönsted cède un proton, et l'illustrer par la demi-équation HCO2H = HCO2- + H+. Une définition seule, sans le couple, risque de ne pas rapporter tous les points. En 2.1.2, la réaction avec l'eau des tissus s'écrit avec une double flèche, car l'acide est faible : ce sont les ions oxonium formés qui provoquent la brûlure.
La question 2.2.1 se règle avec un diagramme de prédominance : dans l'estomac du tamanoir, le pH voisin de 2 est inférieur au pKA de 3,8, donc la forme acide HCO2H prédomine. En 2.2.2, l'inégalité donnée pour un acide faible, pH > −log(c), conduit à c > 10-2 mol/L. L'erreur classique est d'oublier d'inverser le sens de l'inégalité en multipliant par −1, ce qui donne la conclusion contraire. La question 2.2.3 attend une hypothèse : l'acide formique apporté par les fourmis avalées suffit à maintenir l'estomac à un pH voisin de 2, sans production d'acide chlorhydrique.
Conseils pour réussir
Dans les questions documentaires, citez une information précise et chiffrée du texte. Convertissez les masses en grammes avant de diviser par une masse molaire et arrondissez à deux chiffres significatifs, comme la donnée la moins précise. Pour la partie acide-base, tracez systématiquement l'axe de pH avec le pKA : la réponse devient visuelle. Enfin, relisez chaque inégalité manipulée, car un signe mal géré suffit à perdre toute la question.