Des bicarbonates innovants.

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Une solution à base de bicarbonate de sodium et de sels minéraux, agréée pour une utilisation en agriculture biologique, permet de lutter efficacement  contre certains parasites et d'améloirer l'hygiène des bâtiments agricoles.

Vous décidez de vous servir de bicarbonate de sodium NaHCO3 pour illustrer certaines notions de la partie " réaction chimique par échange de proton" ou contrôle de la qualité par dosage" du programme en  terminale S.

24. Expliquer le terme prédominance. Pourquoi cette notion a-t-elle une importance en chimie des solutions ?:
En solution, l'espèce chimique A prédomine sur l'espèce chimique B, si la concentration de A est supérieure à celle de B.
On peut ainsi connaître les espèces chimiques majoritaires susceptibles de réagir.

25.Sur la fiche technique de cette solution, il est indiqué que le pH de la solution vaut 8,8. Montrer quantitativement  que la présence des ions carbonate CO32- peut être négligée.
pH = 6,3 + log ( [HCO3- ] / [H2CO3]). (1).
pH = 10,4 + log ([CO32-] /
[HCO3- ]). (2).
Conservation de l'élément carbone : C0 =
[H2CO3] +[CO32-]+[HCO3- ]. (3).
(2) s'écrit :
[HCO3- ]=[CO32-] 1010,4 -pH=[CO32-] 101,6~39,8 [CO32-].
(1) conduit à : [H2CO3] = [HCO3- ] 106,3 -pH= [CO32-] 1016,7 -2pH=[CO32-] 10-0,9~0,126 [CO32-]
Repport dans (3) : C0 = [CO32-](1+39,8 +0,125) ; [CO32-] = C0 / 40,9 ~0,024 C0.
On souhaite proposer à des élèves de terminale S spécialité un sujet blanc d'ECE
26. Expliquer les résultats suivants. Pour chaque cas, donner l'allure de la courbe pH = (V) que l'on aurait obtenu si le dosage avait été suivi par pHmétrie.
 Volume d'acide requis pour atteindre le point de fin de titrage en présence de phénolphtaléine ( zone de virage 8,8 - 10) Vpp ;
volume d'acide requis pour atteindre le point de fin de titrage en présence de vert de bromocrésol ( zone de virage 3,8 - 5,4) Vvb .
Constituant dans l'échantillon Na2CO3 : Vvp =2 Vpp.


Le premier saut de pH correspond à : la phénolphtaléine vire du rose à l'incolore
CO3 2- + H3O+ --> H CO3- + H2O
Le second saut de pH correspond à : le vert de bromocrésol vire du bleu au jaune.
H CO3- + H3O+ --> CO2 + 2H2O.
Les ions carbonate sont d'abord transformés en hydrogénocarbonate, puis ceux-ci sont transformés en dihydrogénocarbonate mais en versant deux fois plus d'acide.

Constituant de l'échantillon NaHCO3 : Vpp = 0 ; Vvb =>0.


La solution ne contient pas d'ion carbonate. Le pH initial est voisin de 8 et la phénolphtaléine est incolore.
Le seul saut de pH correspond à : le vert de bromocrésol vire du bleu au jaune.
H CO3- + H3O+ --> CO2 + 2H2O.

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On réalise deux titrages de V= 10,0 mL d'une solution S contenant un mélange de carbonate de sodium  Na2CO3 de concentration molaire c1 et d'hydrogénocarbonate de sodium NaHCO3 de concentration c2 par l'acide chlorhydrique à 0,109 mol/ L. le premier titrage est effectué e présence de phénolphtaléine et le second en présence de vert de bromocrésol. Les volumes équivalents obtenus sont respectivement Vpp = 8,2 mL et Vvb = 19,1 mL
27. Déterminer c1 à l'aide du premier dosage.
n(CO32-) =c1 V= 0,109 Vpp ; c1 = 0,109 x 8,2 / 10 = 0,089 mol / L
28. Ecrire les réactions qui se sont produites lors du virage du vert de bromocrésol dans le second dosage, puis en déduire une relation entre c1, c2 et Vvb.
CO3 2- + H3O+ --> H CO3- + H2O. n(CO32-) =c1 V.
H CO3- + H3O+ --> CO2 + 2H2O. n(HCO3-) =(c1 +c2)V= 0,109 Vvb.
c1 +c2 =
0,109 Vvb / 10 = 0,109 x19,1 / 10 = 0,208 mol / L ; c2 = 0,12 mol / L.
29. En déduire le pH de la solution S.
pH = 10,4 +
log ([CO32-] /[HCO3- ])= 10,4 + log(0,089 / 0,12) =10,3.
La solution d'acide chlorhydrique est fabriquée à partir d'une solution commerciale d'acide chlorhydrique à 37 % en masse de densité d = 1,19.  La solution obtenue est ensuite étalonnée en réalisant un titrage d'une masse connue précisément d'hydrogénocarbonate de sodium par la solution de concentration inconnue d'acide chlorhydrique. Après avoir réalisé l'étalonnage, une équipe technique transmet les informations suivantes :
la masse d'hydrogénocarbonate de sodium pesée vaut 140 mg avec une incertitude-type de 0,3 mg.
Le volume équivalent vaut 15,2 mL avec une incertitude-type de 0,05 mL.
30. Décrire un protocole permettant d'obtenir 250 mL d'une solution d'acide chlorhydrique de concentration 0,1 mol / L à partir de la solution commerciale.
Masse de 1 L de solution commerciale : 1,19 kg.
Masse d'acide chlorhydrique pur dans cette solution :1,19 x0,37 = 0,4403 kg = 440,3 g.
Concentration : 440,3 / M(HCl) = 440,3 / 36,5 ~12,1 mol / L.
Facteur de dilution  F = 12,1 / 0,1 = 121.
Volume de solution mère à prélever : 250 / 121 ~2,1 mL.
Protocole :
Port de lunettes de gants et de blouse, la solution commerciale est corosive.
Dans un becher, prélever 2,1 mL de la solution commerciale à l'aide d'une pipette graduée de 5 mL + propipette.
Verser le prélevement dans une fiole jaugée de 250 mL contenant un tiers d'eau distillée.
Compléter la fiole avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge, boucher et agiter pour rendre homogène.
31. Donner un encadrement de la valeur de la concentration molaire de la solution d'acide chlorhydrique avec un intervalle de confiance de 95 %.
c(HCl) = n(NaHCO3) / Véq avec n(NaHCO3) =0,140 / 84 =1,67 10-3 mol.
c(HCl) = 1,67 10-3 / 0,0152 ~0,110 mol/ L.
dc(HCl) = 2 c(HCl) [ ( dm(NaHCO3) /
m(NaHCO3))2 + dVéq / Véq)2]½ =2 x0,110 [ (0,3 / 140)2 + (0,05 / 15,2)2]½ ~0,001 mol / L.
Par suite c(HCl) = (0,110 ±0,001) mol / L.

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32.  Rédiger une trame de sujet blanc d'ECE sur le thème du dosage des ions hydrogénocarbonate dans une solution. Pour cela :
- Proposer une problématique.
- Enoncer en une phrase le but de l'épreuve proposée.
- Rédiger un appel permettant d'évaluer chez l'élève les compétences " s'approprier" et " analyser".
- Rédiger une solution partielle pour cet appel à communiquer au candidat en cas de difficulté de ce dernier.
Problématique :  vérifier que la concentration en ion hydrogénocarbonate d'une bouteille d'eau minérale est conforme à celle indiquée sur l'étiquette.
But  : tester les compétences expérimentales des élèves.
Questions, appels du professeur :
Sur un axe gradué en pH, placer les domaines de prédominances des espèces H2CO3, HCO3- et CO32-. (compétence s'approprier ).
Faire de même pour les espèces H3O+, H2O et HO-.
Pour doser les ions HCO3- de l'eau faut-il utiliser L'acide chlorhydrique ( acide fort) ou la soude ( base forte ). Justifier. ( compétence analyser ).
Appel au professeur pour vérifier ce choix.

33. Compléter l'organigramme suivant en faisant apparaître les compétences expérimentales choisies.

34. Apporter un regard critique sur la conception de cet organigramme, notamment sur les différentes étapes guidant la démarche.
La problématique peut être issue de l'exploitation des résultats de l'expérience.

 






  

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