BAC BLANC DE PHYSIQUE-CHIMIE

février 2014

!

EXERCICE 1 : L’ascenseur spatialEXERCICE 2 : Titrage d’un comprimé d’ibuprofèneEXERCICE 3 : L’arôme de vanilleEXERCICE 4 : L’artémia

Les exercices 1, 2 et 3 sont à traiter pour les élèves qui n’ont pas la spécialité Physique-Chimie.

Les exercices 1, 2 et 4 sont à traiter pour les élèves qui ont la spécialité Physique-Chimie.

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EXERCICE 1 : L’ascenseur spatial 10 points

L’ascenseur spatial a été envisagé dans les années 1970 comme alternative aux lanceurs classiques de satellitesque sont les fusées et navettes spatiales.Dans certains ouvrages, l’ascenseur culminerait à l’altitude de 36 000 kilomètres au-dessus du sol. Cette hauteurn’est pas due au hasard. En effet, un satellite en orbite équatoriale à cette altitude apparait immobile au-dessusd’un point de l’équateur : c’est un satellite géostationnaire.La particularité de l’orbite géostationnaire suggère une façon de relier le sol et l’espace : il suffit de laisser pendreun câble d’un satellite géostationnaire. Ce dernier restera toujours à l’aplomb du même point de la surface ter-restre d’où l’on pourra construire une base de départ de cabines qui escaladeront le câble, transportant des sa-tellites directement jusqu’à l’orbite géostationnaire en quelques jours, environ cinq selon certaines hypothèsesretenues. Et inversement les satellites en fin de vie pourraient être redescendus par l’ascenseur et récupérés surTerre. Comment déployer le câble depuis l’espace ? La réponse semble simple : il suffit de dérouler une bobine decâbles préalablement mise en orbite géostationnaire.Mais il y a un problème. Sur la partie basse du câble l’attraction terrestre dépasse la force centrifuge due à sonmouvement de rotation autour de la Terre. Conséquence : le câble est irrémédiablement tiré vers la Terre et nepeut maintenir sa position initiale. Pour pallier ce problème, il suffit de déployer le câble simultanément dansdeux directions opposées, c’est-à-dire vers la Terre et vers l’espace.Dans ce cas, l’astuce consiste à ce que la partie supérieure du câble « retienne » la partie inférieure. Cela né-cessite que cette partie supérieure atteigne l’altitude faramineuse de 144 000 kilomètres, plus du tiers de ladistance Terre-Lune, 12 fois la longueur du réseau autoroutier français ! Une forte masse placée à une altitudeplus raisonnable pourrait aussi servir d’« ancre ».L’ascenseur spatial permettrait aussi d’utiliser l’énergie de rotation de la Terre pour lancer des sondes depuisl’orbite géostationnaire vers des orbites plus hautes. La vitesse orbitale tout en haut de l’ascenseur serait sigrande qu’un satellite qui y serait largué n’aurait pas besoin de moteur pour échapper à l’attraction terrestre.Vénus, Mars, Jupiter et même la sortie du système solaire seraient accessibles sans énergie supplémentaire quecelle requise pour atteindre l’orbite géostationnaire.

D’après “The orbital tower : a spacecraft launcher using the Earth’s rotational energy”, article original de Jérôme

PEARSON en 1975 et http ://blog.belial.fr/post/2010/04/18/Ascenseur-vers-l-espace, article de R. LEHOUCQ

câble

orbitegéostationnaire

Terre

ascenseur

Données :Constante de gravitation : G = 6,67×10−11 uSIMasse de la Terre : MT = 5,98×1024 kgRayon de la Terre : RT = 6,38×106 mPériode de rotation de la Terre (jour sidéral) : T0 = 8,62×104 s

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Dans tout le problème, les forces de frottement sont négligées.1. Satellite géostationnaire

1.1. Définir un satellite géostationnaire puis donner la valeur de sa période dans le référentiel géocentrique.

1.2. En déduire l’expression de la vitesse v du satellite en fonction du rayon rS de son orbite et de ω0 = 2πT0

.

1.3. En utilisant la deuxième loi de Newton, montrer que ω20rS = GMT

r2S

.

1.4. Calculer la valeur de rS. Est-elle en accord avec l’altitude annoncée dans le texte ?2. Câble avec son ancre

Le câble est supposé tendu parfaitement verticalement au-dessus d’un point E de l’équateur. À son extré-mité est fixée une ancre de masse m. Afin de simplifier l’étude, nous supposons le câble de masse négligeable.La distance entre le centre O de la Terre et l’ancre M est notée r = OM et on introduit le vecteur unitaireradial # »ur dirigé de O vers M.

câble

orbitegéostationnaire

Terre

ascenseur

�!ur

OMr

L’étude se fait dans le référentiel terrestre qui n’est pas galiléen. Cependant, on peut tout de même appli-quer la deuxième loi de Newton à condition de rajouter des forces dites d’inertie. Dans le cas étudié, il s’agitde la force centrifuge dont l’expression

#»F = mω2

0r # »ur.2.1. Montrer que cette méthode permet de retrouver le résultat de la question 1.3. pour un satellite géosta-tionnaire.2.2. Montrer que la force d’attraction gravitationnelle exercée par la Terre sur l’ancre peut s’écrire#»F =−mω2

0rS × r2S

r2# »ur.

2.3. Expliquer pour quelle raison le câble exerce une force#»T (r) sur la masse. Comment est-elle orientée ?

2.4. Appliquer la deuxième loi de Newton à l’ancre dans le référentiel terrestre et en déduire que :

#»T (r)= mω2

0rS

[r2

S

r2 − rrS

]# »ur

2.5. Que vaut#»T (rS) ? Quel commentaire cela appelle-t-il ?

2.6. On place l’ancre à la distance r = 2rS du centre de la Terre. Quelle est la masse maximale de l’ancreafin que la tension du câble ne dépasse pas la valeur de rupture Tmax = 1×106 N ?

3. Montée de l’ascenseurConsidérons un ascenseur, de masse m′ = 4,00×103 kg, qui monte le long du câble. À la date t = 0, il part dupoint E d’altitude z = 0 et arrive à la station d’altitude z = 3,6×107 m. La montée se fait en deux phases : unephase d’accélération constante d’intensité a = 1,0 m ·s−2 pendant une durée t0 = 400 s suivie d’une phase àvitesse constante v0.3.1. Déterminer la vitesse v0 et l’altitude z0 atteintes à la fin de la phase d’accélération.3.2. En déduire la durée totale de la montée. Est-elle compatible avec la valeur donnée dans le texte ?3.3. Justifier le fait que pendant la première phase du mouvement, la force de gravitation exercée par laTerre est presque constante.3.4. L’ascenseur est mû par un moteur électrique. En négligeant les frottements, calculer la variation l’éner-gie mécanique de l’ascenseur entre z = 0 et z0.3.5. En supposant que le rendement du moteur est égal à 80 %, calculer la puissance moyenne développéepar celui-ci durant l’accélération.3.6. Comment évolue la puissance développée par le moteur lors de la deuxième phase de la montée ?3.7. Pourquoi n’a-t-on plus besoin du moteur pour lancer des sondes dans l’espace le long du câble situéau-delà de l’orbite géostationnaire ?

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EXERCICE 2 : Titrage d’un comprimé d’ibuprofène 5 points

Afin de réaliser le titrage de l’ibuprofène contenu dans un comprimé d’« ibuprofène 400 mg » :– on réduit en poudre le comprimé dans un mortier à l’aide d’un pilon ;– on sépare la molécule active des excipients par dissolution dans l’éthanol que l’on évapore ensuite (les excipients

sont insolubles dans l’éthanol) ;– on introduit la poudre obtenue dans un bécher et on ajoute environ 40 mL d’eau distillée ;– le titrage est effectué à l’aide d’une burette graduée contenant une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium

(Na+(aq)+HO–(aq)) de concentration molaire apportée Cb = 0,20 mol ·L−1. Le titrage est suivi par pH-métrieet les courbes obtenues sont tracées.

1. Réaliser un schéma du montage permettant d’effectuer le titrage.

2. Définir l’équivalence d’un titrage.

3. On rentre dans un tableur-grapheur les différentes valeurs du pH mesurées en fonction du volume Vb desolution d’hydroxyde de sodium ajoutée. On utilise les fonctionnalités du tableur-grapheur pour dériver le

pH par rapport à Vb, la grandeur obtenue est notéedpHdVb

. Les courbes tracées suite au titrage pH-métrique

sont pH = f(Vb) etdpHdVb

= g(Vb). (voir à la fin de l’exercice).

3.1. Parmi les courbes 1 et 2, quelle est celle qui représente pH = f(Vb) et celle qui représentedpHdVb

= g(Vb) ?

Justifier.3.2. Déterminer la valeur du volume équivalent par une méthode de votre choix.

On note, à présent, l’ibuprofène R-COOH.

4. À quel couple acide/base appartient l’ion hydroxyde HO– ?

5. Écrire l’équation de la réaction support du titrage.

6. Quelles caractéristiques doit posséder une réaction chimique pour être utilisée lors d’un titrage ?

7. Le pKA du couple auquel appartient l’ibuprofène est, à 25 ◦C, pKA = 4,5.Placer sur un diagramme les domaines de prédominance des espèces du couple R−COOH/R−COO–.En utilisant le document 3, déterminer quelle espèce prédomine en début de titrage.

8. La solution d’hydroxyde de sodium (de concentration Cb) est initialement placée dans la burette.Calculer le pH de cette solution aqueuse dans l’hypothèse d’une solution diluée.Quelles précautions d’utilisation convient-il de prendre ? Justifier.

9. À l’aide des questions 2. et 5, déterminer la quantité de matière d’ions hydroxyde nE(HO–) versée à l’équi-valence et en déduire la quantité de matière ni(ibu) d’ibuprofène titré.

10. Déduire des résultats précédents la masse m d’ibuprofène titré et comparer cette dernière à la valeur at-tendue.

11. On souhaite évaluer l’incertitude U(m) sur la masse m liée aux différentes sources d’erreurs avec un niveaude confiance de 95%. Dans ces conditions :• l’incertitude sur la mesure du volume versé par cette burette est Uvol = 0,16 mL ;• l’incertitude sur la concentration en hydroxyde de sodium est UCb = 0,010 mol ·L−1.

L’incertitude U(m) sur la masse est alors telle que :U(m)

m=

√(Uvol

VE

)2+

(UCb

Cb

)2.

Présenter le résultat de la valeur de la masse m sous la forme m = m±U(m).

12. Parmi les indicateurs colorés acido-basiques proposés dans le tableau ci-après, quel est celui qui est le mieuxadapté au titrage précédent ? Justifier.

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indicateur coloré couleur acide zone de virage couleur basiquevert de bromocrésol jaune 3,8 – 5,4 bleu

phénolphtaléine incolore 8,2 – 10 rosejaune d’alizarine jaune 10,1 – 12,0 rouge orangé

Données :Masse molaire de l’ibuprofène : M(C13H18O2) = 206 g ·mol−1.Produit ionique de l’eau : Ke = 1,0×10−14 à 25 ◦C.

L’incertitude U(m) sur la masse est alors telle que : ( )22

vol Cb

E b

U UU mm V C

! "! "= + # $# $

% & % &.

Présenter le résultat de la valeur de la masse m sous la forme m = m ± U(m).

3.12. Parmi les indicateurs colorés acido-basiques proposés dans le tableau ci-après, quel est celui qui est le mieux adapté au titrage précédent ? Justifier.

Indicateur coloré Couleur acide Zone de virage Couleur basique Vert de bromocrésol jaune 3,8 – 5,4 bleu

Phénolphtaléine incolore 8,2 – 10 rose Jaune d’alizarine jaune 10,1 – 12,0 rouge-orangé

Données : Masse molaire de l’ibuprofène : M(C13H18O2) = 206 g.mol-1. Produit ionique de l’eau : Ke = 1,0 × 10–14 à 25°C. Bac S Antilles Guyane Session de remplacement 09/2013

Correction © http://labolycee.org EXERCICE 2 – UN EXEMPLE DE CHIMIE VERTE : LA SYNTHESE DE L’IBUPROFENE – 11 POINTS 1. Première partie : description de l’ibuprofène 1.1. (0,5) L’ibuprofène contient le groupe caractéristique carboxyle COOH qui correspond à la fonction chimique acide carboxylique.

Document 3 :

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EXERCICE 3 : L’arôme de vanille (pour les non-spécialistes de Physique -Chimie) 5 points

La vanille est le fruit d’une orchidée grimpante, le vanillier, qui a besoin d’unclimat tropical chaud et humide pour se développer. On la cultive à Madagascar,à Tahiti, à La Réunion, en Amérique du Sud...Elle est utilisée dans de nombreux domaines comme par exemple la parfumerie,l’industrie agro-alimentaire, en tant qu’intermédiaire de synthèse dans l’indus-trie pharmaceutique.La composition de la gousse de vanille est très riche en arômes dont le principalest la vanilline. Du fait de son coût d’extraction élevé, on lui préfère souventaujourd’hui la vanilline de synthèse ou encore l’éthylvanilline qui a un pouvoiraromatisant 2 à 4 fois plus grand.

Bac S 2013 Asie http://labolycee.org EXERCICE III. L’ARÔME DE VANILLE (5 points)

La vanille est le fruit d'une orchidée grimpante, le vanillier, qui a besoin d'un climat tropical chaud et humide pour se développer. On la cultive à Madagascar, à Tahiti, à La Réunion, en Amérique du Sud... Elle est utilisée dans de nombreux domaines comme par exemple la parfumerie, l'industrie agro-alimentaire, en tant qu'intermédiaire de synthèse dans l'industrie pharmaceutique. La composition de la gousse de vanille est très riche en arômes dont le principal est la vanilline. Du fait de son coût d'extraction élevé, on lui préfère souvent aujourd'hui la vanilline de synthèse ou encore l'éthylvanilline qui a un pouvoir aromatisant 2 à 4 fois plus grand. 1. À propos de la molécule de vanilline.

1.1. La molécule de vanilline possède-t-elle un carbone asymétrique ? Justifier la réponse.

1.2. La molécule de vanilline possède plusieurs groupes caractéristiques.

Après avoir recopié la formule de la molécule sur votre copie, entourer et nommer deux d'entre eux.

1.3. Indiquer en justifiant brièvement si les propositions suivantes sont vraies ou fausses :

Proposition a : les molécules de vanilline et d'éthylvanilline sont isomères.

Proposition b : les molécules de vanilline et d'éthylvanilline sont chirales. 2. Dosage spectrophotométrique de la vanilline contenue dans un extrait de vanille acheté

dans le commerce Principe du dosage

La vanilline contenue dans un échantillon du commerce (solution aqueuse sucrée) est extraite par du dichlorométhane. Un traitement basique à l'aide d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium (Na+

(aq) + HO−(aq)) permet ensuite de faire repasser la vanilline en solution aqueuse sous forme d'ion phénolate représenté ci-contre. On réalise ensuite un dosage par étalonnage de cet ion par spectrophotométrie UV-visible afin de déterminer la concentration en vanilline de l'échantillon du commerce.

!

O!

OH!

O!

!

O!

OH!

O! Molécule de vanilline Molécule d'éthylvanilline

!

O !

O − !

O !

vanilline

Dosage spectrophotométrique de la vanilline contenue dans un extrait de vanille acheté dans le commerce

Principe du dosage

Bac S 2013 Asie http://labolycee.org EXERCICE III. L’ARÔME DE VANILLE (5 points)

La vanille est le fruit d'une orchidée grimpante, le vanillier, qui a besoin d'un climat tropical chaud et humide pour se développer. On la cultive à Madagascar, à Tahiti, à La Réunion, en Amérique du Sud... Elle est utilisée dans de nombreux domaines comme par exemple la parfumerie, l'industrie agro-alimentaire, en tant qu'intermédiaire de synthèse dans l'industrie pharmaceutique. La composition de la gousse de vanille est très riche en arômes dont le principal est la vanilline. Du fait de son coût d'extraction élevé, on lui préfère souvent aujourd'hui la vanilline de synthèse ou encore l'éthylvanilline qui a un pouvoir aromatisant 2 à 4 fois plus grand. 1. À propos de la molécule de vanilline.

1.1. La molécule de vanilline possède-t-elle un carbone asymétrique ? Justifier la réponse.

1.2. La molécule de vanilline possède plusieurs groupes caractéristiques.

Après avoir recopié la formule de la molécule sur votre copie, entourer et nommer deux d'entre eux.

1.3. Indiquer en justifiant brièvement si les propositions suivantes sont vraies ou fausses :

Proposition a : les molécules de vanilline et d'éthylvanilline sont isomères.

Proposition b : les molécules de vanilline et d'éthylvanilline sont chirales. 2. Dosage spectrophotométrique de la vanilline contenue dans un extrait de vanille acheté

dans le commerce Principe du dosage

La vanilline contenue dans un échantillon du commerce (solution aqueuse sucrée) est extraite par du dichlorométhane. Un traitement basique à l'aide d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium (Na+

(aq) + HO−(aq)) permet ensuite de faire repasser la vanilline en solution aqueuse sous forme d'ion phénolate représenté ci-contre. On réalise ensuite un dosage par étalonnage de cet ion par spectrophotométrie UV-visible afin de déterminer la concentration en vanilline de l'échantillon du commerce.

!

O!

OH!

O!

!

O!

OH!

O! Molécule de vanilline Molécule d'éthylvanilline

!

O !

O − !

O !

La vanilline contenue dans un échantillon du commerce (solution aqueuse su-crée) est extraite par du dichlorométhane.Un traitement basique à l’aide d’une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium(Na+(aq)+HO–(aq)) permet ensuite de faire repasser la vanilline en solutionaqueuse sous forme d’ion phénolate représenté ci-contre.On réalise ensuite un dosage par étalonnage de cet ion par spectrophotométrieUV-visible afin de déterminer la concentration en vanilline de l’échantillon ducommerce.

Étape 1 : Extraction de la vanilline et passage en solution basique– À 1,0 mL d’échantillon de vanille liquide, on ajoute 10 mL d’eau distillée.– On procède à trois extractions successives en utilisant à chaque fois 20 mL de dichlorométhane.– À partir de la phase organique, on extrait trois fois la vanilline avec 50 mL d’une solution aqueuse d’hydroxyde

de sodium de concentration 0,1 mol ·L−1.– On rassemble les phases aqueuses.Étape 2 : Préparation de la solution à doser et mesure de son absorbanceOn introduit les phases aqueuses précédentes dans une fiole jaugée de 250,0 mL et on complète jusqu’au trait dejauge avec la solution aqueuse d’hydroxyde de sodium de concentration 0,1 mol ·L−1.La mesure de l’absorbance de la solution à doser donne A = 0,88.Étape 3 : Préparation d’une gamme étalon de solutions de vanilline basique et mesure de leur absorbanceÀ partir d’une solution mère de vanilline, on prépare par dilution dans une solution aqueuse d’hydroxyde desodium de concentration 0,1 mol ·L−1 des solutions filles et on mesure leur absorbance.Les résultats sont rassemblés dans le tableau ci-dessous :

solution fille S1 S2 S3 S4 S5

concentration en vanilline (mol ·L−1) 5,0×10−5 4,0×10−5 3,0×10−5 2,0×10−5 1,0×10−5

absorbance 1,36 1,08 0,81 0,54 0,27

Données :Couples acido-basiques de l’eau : H3O+/H2O et H2O/HO–.Dichlorométhane CH2Cl2 : densité d = 1,33 ; non miscible à l’eau.Vanilline C8H8O3 : soluble dans la plupart des solvants organiques, très peu soluble dans l’eau ; Masse

molaire moléculaire Mvanill ine = 152 g ·mol−1.

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1. Reproduire le schéma donné en indiquant, lors de l’extraction par le dichlorométhane de la vanilline :

– le nom de l’instrument de verrerie utilisé ;

– la phase dans laquelle se trouve la vanilline en fin d’extraction enjustifiant sa position.

ANNEXE 2 À RENDRE AVEC LA COPIE Nom de le l’instrument de verrerie : ……………………………………………………….

Document 1

Document 2

2. L’équation de réaction de la vanilline avec les ions hydroxyde de la solution d’hydroxyde sodium s’écrit :

2.2. L’équation de réaction de la vanilline avec les ions hydroxyde de la solution d’hydroxyde sodium s'écrit : + HO− + H2O Dans la théorie de Brönsted, la vanilline est-elle un acide ou une base ? Expliquer la réponse.

2.3. Le spectre d'absorption UV-visible de l'ion phénolate est donné ci-dessous : 2.3.1. Cet ion absorbe-t-il dans le domaine du visible ? Justifier la réponse à l'aide du graphe ci-

dessus. 2.3.2. On rappelle que la présence de sept liaisons conjuguées ou plus dans une molécule

organique qui ne présente pas de groupe caractéristique forme le plus souvent une substance colorée. Les solutions basiques de vanilline sont-elles colorées ? Expliquer pourquoi à l'aide de la structure de l'ion phénolate.

2.4. 2.4.1. Tracer sur papier millimétré donné le document 2 de l’ANNEXE, À RENDRE AVEC LA

COPIE la courbe d'étalonnage A = f(c) (Échelle : 1 cm pour 0,10 en absorbance et 1 cm pour 0,50×10−5 mol.L−1 en concentration).

2.4.2. La loi de Beer-Lambert est vérifiée. À l'aide du graphique précédent, expliquer pourquoi elle s'énonce sous la forme A = k.c .

2.5. Déterminer en détaillant ta méthode utilisée la concentration en vanilline dans la solution à doser. On précise que la concentration en vanilline est égale à celle de l'ion phénolate.

2.6. Compte tenu du protocole suivi, en déduire la concentration en g.L−1 de vanilline dans l'échantillon de vanille liquide du commerce.

O

OH

O

O

O−

O

Dans la théorie de Brönsted, la vanilline est-elle un acide ou une base ? Expliquer la réponse.

3. Le spectre d’absorption UV-visible de l’ion phénolate est donné ci-dessous :

280 320 360 400 440λ (nm)

0

0,2

0,4

0,6

0,8A

3.1. Cet ion absorbe-t-il dans le domaine du visible ? Justifier laréponse à l’aide du graphe ci-dessus.

3.2. On rappelle que la présence de sept liaisons conjuguées ou plusdans une molécule organique qui ne présente pas de groupe carac-téristique forme le plus souvent une substance colorée. Les solu-tions basiques de vanilline sont-elles colorées ? Expliquer pourquoià l’aide de la structure de l’ion phénolate.

4. Graphe4.1. Tracer sur papier millimétré la courbe d’étalonnage A = f(c) (Éch. 1 cm pour 0,10 en absorbance et 1 cmpour 0,50×10−5 mol ·L−1 en concentration )

4.2. La loi de Beer-Lambert est vérifiée. À l’aide du graphique précédent, expliquer pourquoi elle s’énoncesous la forme A = k.c.

5. Déterminer en détaillant la méthode utilisée la concentration en vanilline dans la solution à doser. Onprécise que la concentration en vanilline est égale à celle de l’ion phénolate.

6. Compte tenu du protocole suivi, en déduire la concentration en g ·L−1 de vanilline dans l’échantillon devanille liquide du commerce.

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EXERCICE 4 : L’artémia (exercice de spécialité) 5 points

L’artémia est le nom scientifique d’un petit crustacé qui possède la particularité de pouvoir vivre dans des milieuxtrès salés tels que certains lacs et marais salants. Pour se développer, les artémias ont besoin de vivre dans un mi-lieu marin dont la teneur (ou la concentration massique) moyenne en ions chlorure Cl– est supérieure à 30 g ·L−1.Dans ces conditions, leur développement n’est pas compromis car les prédateurs aquatiques ne supportent pasdes conditions salines aussi élevées. Avant d’implanter un élevage d’artémias dans des marais salants du sud dela France, on se propose de déterminer la concentration en ions chlorure d’un prélèvement d’eau d’un marais de lazone choisie. Cette eau contient exclusivement des ions sodium et des ions chlorure. La méthode utilisée permetde doser les ions chlorure par précipitation avec les ions argent Ag+. L’équation bilan décrivant la réaction s’écrit :

Ag+(aq)+Cl−(aq)−−→AgCl(s).

Le chlorure d’argent formé est un solide blanc. L’équivalence du dosage sera déterminée de deux manières :

Ü en utilisant un indicateur coloré,Ü en mesurant la conductivité lors du dosage.

L’indicateur coloré de fin de réaction est préparé en dissolvant quelques grains de dichlorofluorescéine dans unmélange eau-éthanol (méthode de Fajans). La solution obtenue a une couleur jaune. La présence d’ions sodiumNa+, chlorure Cl– ou nitrate NO–

3 ne modifie pas la couleur de la dichlorofluorescéine. Par contre, en présenced’ions Ag+, la solution de dichlorofluorescéine prend une couleur rose-rouge.

1. Proposer un protocole expérimental simple mais complet (nom de la verrerie, volumes prélevés, concentra-tion des réactifs...) qui permet d’illustrer le principe de la détermination de l’équivalence avec l’indicateurcoloré préparé.

2. Faire un schéma annoté du dispositif de titrage.

3. En septembre 2003, après un été caniculaire, on a prélevé un échantillon d’eau dans un marais salant dela zone prévue pour implanter l’élevage d’artémias. On dilue 10 fois cette eau pour obtenir la solution S1 àdoser. On réalise le dosage d’un volume V1 = 10,0 mL de solution S1 par une solution S2 de nitrate d’argentde concentration C2 = 1,00×10−1 mol ·L−1.Le volume de nitrate d’argent versé à l’équivalence est : VE = 15,2 mL.Le marais salant étudié est-il adapté à l’élevage d’artémias ? (Vous présenterez clairement vos conclusionsaprès une analyse complète des données fournies.)

4. Une étude complémentaire est réalisée en utilisant une méthode conductimétrique pour suivre le mêmedosage. Le document ci-dessous présente l’évolution de la conductivité électrique σ au cours du dosage enfonction du volume de nitrate d’argent versé.

57Séquence 2 – SP03

lèvement d’eau d’un marais de la zone choisie. Cette eau contient exclusivement des ions sodium et des ions chlorure.

La méthode utilisée permet de doser les ions chlorure par précipitation avec les ions argent Ag+. L’équation bilan décrivant la réaction s’écrit :

Ag+(aq) + Cl–(aq) AgCl(s) .

Le chlorure d’argent formé est un solide blanc. L’équivalence du dosage sera déterminée de deux manières :! en utilisant un indicateur coloré,! en mesurant la conductivité lors du dosage.

L’indicateur coloré de fin de réaction est préparé en dissolvant quelques grains de dichlorofluorescéine dans un mélange eau-éthanol (méthode de Fajans). Lasolution obtenue a une couleur jaune. La présence d’ions sodium Na+, chlorure Cl– ou nitrate (NO3

–) ne modifie pas la couleur de la dichlorofluorescéine. Par contre, en présence d’ions Ag+, la solution de dichlorofluorescéine prend une couleur rose-rouge.

! Proposer un protocole expérimental simple mais complet (nom de la verre-rie, volumes prélevés, concentration des réactifs…) qui permette d’illustrer le principe de la détermination de l’équivalence avec l’indicateur coloré préparé.

" Faire un schéma annoté du dispositif de titrage.

En septembre 2003, après un été caniculaire, on a prélevé un échantillon d’eau dans un marais salant de la zone prévue pour implanter l’élevage d’artémias. On dilue 10 fois cette eau pour obtenir la solution S1 à doser. On réalise le dosaged’un volume V1 = 10,0 mL de solution S1 par une solution S2 de nitrate d’argent de concentration C2 = 1,00 × 10 –1 mol.L–1. Le volume de nitrate d’argent verséà l’équivalence est : VE = 15,2 mL.

# Le marais salant étudié est-il adapté à l’élevage d’artémias ? (Vous présen-terez clairement vos conclusions après une analyse complète des données fournies.)

Une étude complémentaire est réalisée en utilisant une méthode conductimé-trique pour suivre le même dosage. Le document ci-dessous présente l’évolutionde la conductivité électrique m au cours du dosage en fonction du volume de mnitrate d’argent versé.

0 50

50

100

150

200

250

cond

uctiv

ité (m

S. m

–1)

10V (mL)

15 20 25

© Cned – Académie en ligne

artémia

Expliquer, sans calculs, l’évolution de la conductivité au cours du dosage.Cette étude complémentaire modifie-t-elle les conclusions du 3) ? (Vous présenterez clairement votre réponseaprès une analyse complète des données fournies.)Donnée : Masse molaire atomique du chlore : M(Cl) = 35,5 g ·mol−1.

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