Exercice 1 — contrôle d'un produit par dosage (4 points), dans l'esprit des sessions 2015–2026
Toutes les solutions sont prises à , température à laquelle . On donne .
Un déboucheur de canalisations est vendu sous forme de paillettes d'hydroxyde de sodium (base forte). L'étiquette indique : « hydroxyde de sodium : 98 % en masse au minimum — produit hygroscopique, refermer soigneusement après usage ». On contrôle le contenu d'un pot resté mal fermé.
On dissout une masse de paillettes dans de l'eau distillée, dans une fiole jaugée de que l'on complète jusqu'au trait de jauge : on obtient la solution . On prélève de , que l'on verse dans une fiole jaugée de complétée avec de l'eau distillée : on obtient la solution .
On dose de par une solution d'acide chlorhydrique (acide fort) de concentration , en présence de quelques gouttes d'un indicateur coloré. L'équivalence est obtenue pour un volume d'acide versé .
| Indicateur coloré | Zone de virage | Teinte acide / basique |
|---|---|---|
| hélianthine | 3,1 à 4,4 | rouge / jaune |
| bleu de bromothymol (BBT) | 6,0 à 7,6 | jaune / bleu (vert dans la zone) |
| phénolphtaléine | 8,2 à 10,0 | incolore / rose |
- Réaction de dosage.
- Écrire l'équation de la réaction du dosage.
- Montrer que cette réaction est totale.
- Équivalence et indicateur coloré.
- Définir l'équivalence acido-basique.
- Préciser le rôle de l'indicateur coloré, puis choisir, en le justifiant, l'indicateur le plus approprié à ce dosage.
- Décrire le changement de teinte observé à l'équivalence.
- De la solution dosée au produit.
- Déterminer la concentration molaire de la solution .
- Préciser la verrerie utilisée pour préparer à partir de . En déduire la concentration de .
- Contrôle de l'étiquette.
- Calculer la masse d'hydroxyde de sodium contenue dans les de paillettes.
- En déduire le pourcentage massique d'hydroxyde de sodium du produit. L'indication de l'étiquette est-elle vérifiée pour ce pot ? Proposer une explication de l'écart.
- Quel volume aurait-on obtenu si le produit contenait exactement 98 % d'hydroxyde de sodium ?
- Un autre groupe mesure le pH de la solution et trouve . Montrer que cette mesure est compatible avec le résultat du dosage.
Voir la correction commentéeAprès avoir posé votre démarche
1.a Idée : l'acide chlorhydrique apporte les ions , la solution de soude les ions ; les ions et sont spectateurs.
1.b La constante de cette réaction est l'inverse du produit ionique de l'eau :
: la réaction du dosage est totale.
2.a L'équivalence acido-basique est l'état du mélange pour lequel les ions versés et les ions initialement présents dans le bécher ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques de la réaction du dosage : .
2.b L'indicateur coloré sert à repérer l'équivalence par un changement de teinte. Idée : on choisit l'indicateur dont la zone de virage contient . À l'équivalence d'un dosage base forte / acide fort, le mélange ne contient que des ions et dans l'eau : il est neutre, . Seule la zone du bleu de bromothymol contient : c'est l'indicateur approprié.
2.c Au départ, le bécher contient la base : le BBT y est bleu. Il le reste tant que les ions sont en excès ; à l'équivalence, il vire au vert, et une goutte d'acide de plus le rend jaune. On arrête l'addition d'acide au virage au vert.
3.a À l'équivalence, :
3.b On prélève de avec une pipette jaugée de , on les verse dans une fiole jaugée de et on complète avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. Idée : la dilution conserve la quantité d'hydroxyde de sodium, avec . Le facteur de dilution vaut , donc .
4.a Idée : toute la masse a été dissoute dans la fiole de , pas seulement dans le volume dosé. , d'où
4.b Pourcentage massique : . : l'indication de l'étiquette n'est pas vérifiée pour ce pot. L'hydroxyde de sodium est hygroscopique : les paillettes du pot mal fermé ont absorbé la vapeur d'eau de l'air, si bien qu'une partie des pesés est de l'eau et non de l'hydroxyde de sodium.
4.c Idée : est proportionnel à la masse d'hydroxyde de sodium dissoute. Avec 98 %, , soit dans , et dans ; alors
5. Pour une base forte, :
valeur qui s'arrondit à : la mesure est compatible avec le dosage. Inversement, un pH lu à correspond à une concentration comprise entre et : la mesure du pH est bien moins précise que le dosage.