Exercice B - Diagramme de prédominance des espèce… · Bac Physique-Chimie Métropole 2022 (sujet 2)

Exercice B – ENCRE ET EFFACEUR (5 points)

Mots-clés: spectrophotométrie, oxydoréduction

Les effaceurs d'encre sont apparus en Allemagne dans les années 1970. Ils permettent de faire disparaître les traits de couleur bleue des stylos plume.

Le colorant principal de l'encre bleue est le bleu d'aniline, solide ionique de formule $\mathrm{C_{32}H_{25}N_3O_9S_3Na_2}$. L'encre ne contient que 3 à 5 % en masse de ce colorant, le reste étant de l'eau, de l'alcool et d'autres additifs.

D'après le site: https://tice.ac-montpellier.fr/ABCDORGA/Famille/ENCRES.htm

Le but de cet exercice est d'étudier la composition d'une encre de stylos plume avant de déterminer le nombre de cartouches qui peuvent être effacées avec un effaceur.

Données:

- Volume d'encre contenu dans une cartouche: $V_{\text{cartouche}} = 0{,}60\text{ mL}$;

- Masse volumique de l'encre: $\rho_{\text{encre}} = 1{,}1\text{ g}\cdot\text{mL}^{-1}$;

- Masse molaire du bleu d'aniline: $M_{\text{bleu}} = 737{,}7\text{ g}\cdot\text{mol}^{-1}$;

- Expression de l'absorbance $A$ d'une solution de concentration $C$ (loi de Beer-Lambert):$$A = \varepsilon \cdot \ell \cdot C$$avec $\varepsilon$ le coefficient d'absorption molaire de l'espèce absorbante et $\ell$ l'épaisseur de la solution traversée;

- Coefficient d'absorption molaire du bleu d'aniline à $\lambda = 580\text{ nm}$: $\varepsilon = 5{,}00 \times 10^4\text{ L}\cdot\text{mol}^{-1}\cdot\text{cm}^{-1}$;

- Largeur de la cuve (épaisseur de la solution traversée) du spectrophotomètre utilisé: $\ell = 1{,}0\text{ cm}$;

- Cercle chromatique:

- $\text{p}K_A$ à $25\text{ }^\circ\text{C}$ des couples acide / base: • $(\mathrm{SO_2, H_2O})(\text{aq}) / \mathrm{HSO_3^-}(\text{aq}): \text{p}K_{A1} = 1{,}8$;

• $\mathrm{HSO_3^-}(\text{aq}) / \mathrm{SO_3^{2-}}(\text{aq}): \text{p}K_{A2} = 7{,}0$;

- Couples oxydant / réducteur: • ion sulfate / ion sulfite: $\mathrm{SO_4^{2-}}(\text{aq}) / \mathrm{SO_3^{2-}}(\text{aq})$;

• diiode / ion iodure: $\mathrm{I_2}(\text{aq}) / \mathrm{I^-}(\text{aq})$;

- Demi-équation électronique en milieu basique du couple $\mathrm{SO_4^{2-}}(\text{aq}) / \mathrm{SO_3^{2-}}(\text{aq})$:$$\mathrm{SO_4^{2-}}(\text{aq}) + \mathrm{H_2O}(\ell) + 2\,\text{e}^- = \mathrm{SO_3^{2-}}(\text{aq}) + 2\,\mathrm{OH^-}(\text{aq})$$

2. Effaceur d'encre

Le côté blanc d'un effaceur est constitué d'une mine reliée à un réservoir contenant une solution d'ions sulfite $\mathrm{SO_3^{2-}}$ qui sont responsables de l'effacement de l'encre.

La valeur mesurée du $\mathrm{pH}$ de la solution $\mathrm{S}$ préparée à partir du réservoir est égale à 11,0.

Q6.

À l'aide d'un diagramme de prédominance, justifier que l'ion sulfite $\mathrm{SO_3^{2-}}$ est majoritaire par rapport à $\mathrm{HSO_3^-}$ et $(\mathrm{SO_2, H_2O})$ dans la solution $\mathrm{S}$.