De l'acide chlorhydrique pour décaper l'aluminium

L'exercice 4 du sujet 1 d'Amérique du Nord 2021 est le dernier des trois exercices de 5 points au choix, prévu pour environ 55 minutes. Il suit la préparation d'une solution de décapage : d'abord la concentration d'une solution d'acide chlorhydrique et son titrage, puis la réaction avec l'aluminium et la dilution à appliquer à un produit commercial. Les calculs sont nombreux et demandent de la rigueur sur les unités.

Partie A : la solution d'acide chlorhydrique

Questions A.1 et A.2 : dissolution et gaz parfait

Le chlorure d'hydrogène réagit totalement avec l'eau en donnant des ions oxonium et des ions chlorure : c'est un acide fort, d'où la flèche simple. La quantité de gaz dissous s'obtient par l'équation d'état du gaz parfait. Le piège est classique : avec R en Pa·m³·mol^-1·K^-1, la pression se met en pascals, le volume de gaz en mètres cubes et la température en kelvins. Le corrigé trouve C_S = 6,23 mol·L^-1, avec trois chiffres significatifs.

Question A.3 : la pente de la courbe conductimétrique

C'est la question qui demande le plus de rédaction. Avant l'équivalence, chaque ion hydroxyde versé fait disparaître un ion oxonium tandis qu'un ion sodium s'ajoute : tout se passe comme si un ion oxonium était remplacé par un ion sodium, beaucoup moins conducteur. La conductivité diminue. Après l'équivalence, les ions sodium et hydroxyde s'accumulent sans réagir, la conductivité augmente. Dire seulement que les ions oxonium disparaissent ne suffit pas : il faut citer l'arrivée des ions sodium et comparer les conductivités molaires ioniques. La méthode à retenir : pour chaque portion de courbe, lister les ions, dire si leur concentration varie, puis comparer les valeurs de λ.

Partie B : le décapage

Question B.1 : acide-base ou oxydoréduction ?

L'aluminium devient l'ion Al³⁺ en perdant des électrons, que captent les ions oxonium pour former du dihydrogène. Les deux demi-équations, combinées avec six électrons échangés, redonnent l'équation du sujet : c'est une oxydoréduction. La présence d'ions oxonium ne suffit pas à faire une réaction acido-basique.

Question B.2 : la concentration utile

Le décapage doit cesser quand 0,10 % de la masse de la pièce a réagi, soit 0,35 g d'aluminium. Les ions oxonium doivent alors être le réactif limitant. Avec la stœchiométrie de l'équation, il faut trois fois plus d'ions oxonium que d'aluminium, ce qui donne C = 3,9 × 10^-2 mol·L^-1. Erreurs fréquentes : calculer avec la pièce entière ou oublier le facteur 3.

Question B.3 : diluer la solution commerciale

Le titre massique de 23 % et la masse volumique donnent la concentration de la solution commerciale, 7,2 mol·L^-1. Le pourcentage porte sur la masse de solution, pas sur son volume : il faut passer par la masse d'un litre. La conservation de la quantité de matière conduit à une dilution d'environ 190 fois : 5,4 mL de solution commerciale complétés à 1,00 L.

Conseils pour cet exercice

Convertissez systématiquement les unités avant de calculer, gardez les valeurs intermédiaires en mémoire et justifiez chaque conclusion par un argument écrit. Le corrigé détaillé reprend chaque question avec les calculs posés et la courbe de titrage commentée.