Les pluies acides : un exercice de chimie complet sur 9 points

L'exercice 1 du sujet de septembre 2025 en Métropole (jour 2) est le plus long de l'épreuve : 9 points et 12 questions, soit environ 1 h 35 de travail. Il suit un fil conducteur concret, l'acidité de la pluie, et mobilise trois chapitres de terminale : les couples acide-base, la cinétique chimique et le titrage. C'est un excellent entraînement pour vérifier qu'on sait passer d'une équation à un calcul de pH, puis d'une courbe expérimentale à une conclusion argumentée.

Le dioxyde de carbone et le pH de la pluie (Q1 à Q4)

On commence par écrire la réaction entre le dioxyde de carbone dissous et l'eau, qui forme des ions hydrogénocarbonate et des ions oxonium. La double flèche est attendue, car la réaction est limitée, et il faut bien deux molécules d'eau pour conserver les éléments. La production d'ions oxonium explique la baisse du pH. Sur le diagramme de distribution, le pKa se lit au croisement des courbes de l'acide et de la base, vers 6,3, valeur voisine de 6,4. La question Q3 demande d'établir que K_A s'écrit avec le carré de la concentration en ions oxonium, puisqu'il se forme autant d'ions hydrogénocarbonate que d'ions oxonium. On en déduit en Q4 une concentration en ions oxonium de 2,3 × 10^-6 mol/L et un pH de 5,6. Oublier la racine carrée conduit à un pH de 11,3, absurde pour une solution acide.

Dilution et acide nitrique (Q5 et Q6)

Pour diluer 400 fois et obtenir 2,00 L de solution, on prélève 5,00 mL avec une pipette jaugée et on complète dans une fiole jaugée de 2,00 L. Les deux volumes sont attendus, et une éprouvette ne convient pas. La concentration diluée vaut 3,80 × 10^-2 mol/L ; si l'acide est fort, le pH vaut 1,42, exactement la valeur mesurée.

Attaque du calcaire et cinétique (Q7 à Q10)

La recherche du réactif limitant impose de diviser chaque quantité initiale par son nombre stœchiométrique : les ions oxonium limitent la réaction et la quantité maximale de dioxyde de carbone vaut 2,5 × 10^-3 mol. La loi des gaz parfaits appliquée à la pression finale lue sur la courbe, avec un volume de gaz de 280 mL converti en mètres cubes, redonne environ cette valeur : la transformation peut être considérée comme totale. Le temps de demi-réaction se lit à la moitié de la pression finale, soit 1,1 × 10⁴ Pa, ce qui donne environ 250 s. Le piège consiste à prendre la moitié de la durée de l'enregistrement. Enfin, la comparaison des expériences 1 et 2, qui ne diffèrent que par la concentration de l'acide, montre que la concentration en ions oxonium est un facteur cinétique.

Le dioxyde de soufre dans l'air (Q11 et Q12)

Une mole de dioxyde de soufre forme deux moles d'ions oxonium : il faut donc diviser par deux, et non multiplier. La question ouverte finale enchaîne titrage, quantité de matière, masse et concentration en masse dans l'air, environ 69 µg par mètre cube. La valeur limite et le seuil d'information sont respectés si la concentration est restée constante, mais l'objectif de qualité de 50 µg par mètre cube est dépassé. Le correcteur attend aussi un regard critique : moyenne sur 7 jours qui peut masquer un pic, dissolution supposée complète, autres gaz acides, faible volume équivalent.

Conseils

Soignez les conversions d'unités, qui sont au cœur de presque tous les pièges : millilitres en litres, millilitres en mètres cubes, grammes en microgrammes. Dans la question ouverte, annoncez votre plan et confrontez le résultat à chaque norme en précisant la durée sur laquelle porte la moyenne.