Exercice 1 - Q11 à Q13 - Cinétique chimique · Bac Physique-Chimie Métropole 2023 (sujet 2)

EXERCICE 1 – ÉTUDE DE LA VITAMINE C CONTENUE DANS LES KIWIS (9 points)

L’acide ascorbique, couramment appelé vitamine C, intervient dans de nombreux processus métaboliques dans le corps humain. Comme l’organisme ne peut ni la synthétiser ni la stocker, les apports en vitamine C doivent se faire par l’alimentation.

Les kiwis jaunes et les kiwis verts font partie des fruits les plus riches en acide ascorbique. L’agence nationale de sécurité sanitaire de l’alimentation recommande un apport minimum en vitamine C de 110 mg par jour pour un adulte.

L’objectif de cet exercice est d’étudier les propriétés de l’acide ascorbique et de déterminer la quantité de kiwis nécessaire aux besoins journaliers d’un adulte en vitamine C.

Données:

Formule brute de l’acide ascorbique: $\mathrm{C_6H_8O_6}$;

Formule topologique de l’acide ascorbique (ci-contre);

Masse molaire de l’acide ascorbique: $M = 176\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$;

Couple acide-base associé à l’acide ascorbique: $\mathrm{C_6H_8O_6(aq) / C_6H_7O_6^-(aq)}$;

Concentration standard: $c^\circ = 1{,}0\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}$;

Données de spectroscopie infrarouge:

Liaison

$\mathrm{O-H}$

$\mathrm{C-H}$

$\mathrm{C=C}$

$\mathrm{C=O}$

Nombre d'onde (en $\mathrm{cm^{-1}}$)

$3200 - 3700$

$2850 - 3100$

$1620 - 1680$

$1650 - 1730$

Allure de la bande caractéristique

Forte et large

Forte

Faible et fine

Forte et fine

3. Oxydation de l'acide ascorbique par le bleu de méthylène

L'acide ascorbique est un réducteur, ce qui conditionne sa conservation à l'air libre. Dans cette partie, pour des raisons pratiques, on étudie ses propriétés réductrices en le faisant réagir avec du bleu de méthylène.

Au contact du bleu de méthylène, noté $\text{BM}^+$, l'acide ascorbique $\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_6$ contenu dans le jus de kiwi se transforme en un nouveau composé de formule brute $\text{C}_6\text{H}_6\text{O}_6$.

Données:

• couple oxydant / réducteur associé à l'acide ascorbique: $\text{C}_6\text{H}_6\text{O}_6(\text{aq})\ /\ \text{C}_6\text{H}_8\text{O}_6(\text{aq})$;

• couple oxydant / réducteur associé au bleu de méthylène: $\text{BM}^+(\text{aq})\ /\ \text{BMH}(\text{aq})$.

Q11.

À l'aide des demi-équations électroniques de chacun des couples mis en jeu, établir l'équation de la réaction modélisant la transformation chimique ayant lieu entre l'acide ascorbique $\text{C}_6\text{H}_8\text{O}_6$ et le bleu de méthylène $\text{BM}^+$.

On réalise le suivi cinétique de cette réaction à deux températures différentes. Après traitement des résultats, on trace sur la figure 2 l'évolution temporelle de la concentration $C_{\text{ASC}}$ de l'acide ascorbique, pour les deux températures choisies.

Q12.

Exprimer la vitesse volumique de disparition de l'acide ascorbique en fonction de $C_{\text{ASC}}$ puis déterminer sa valeur à l'instant initial à la température de $28\text{ }^\circ\text{C}$.

Q13.

En utilisant les courbes de la figure 2, identifier en justifiant deux facteurs cinétiques de la réaction entre l'acide ascorbique et le bleu de méthylène.