Exercice 1 - Titrage acido-basique · Bac Physique-Chimie Métropole 1 remplacement 2024

Exercice 1 - L'acide citrique comme produit ménager (9 points)

L'acide citrique est un acide naturellement présent dans les fruits, en particulier dans le jus de citron. Ses propriétés acides en font un détartrant utilisé comme produit ménager.

Le but de cet exercice est de déterminer la quantité de matière d'acide citrique présente dans le jus extrait d'un citron puis de vérifier l'indication « 1 pelle doseuse = la puissance de 10 citrons » notée sur l'emballage d'un produit ménager (voir photo ci-contre).

Données:

l'acide citrique est un triacide, il est noté H 3 A dans cet exercice;

les autres espèces acide-base associées à l'acide citrique sont notées H 2 A −, HA 2− et A 3−;

formules topologiques:

Acide citrique · Hexane

masse molaire de l'acide citrique: $M = 192{,}1\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$;

p$K_A$ à 25 °C des couples acide/base associés à l'acide citrique: p$K_{A1} = 3{,}1$; p$K_{A2} = 4{,}8$; p$K_{A3} = 6{,}4$;

concentration standard: $c° = 1\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}$;

données de spectroscopie infrarouge:

Liaison · O–H d'un alcool · O–H d'un acide carboxylique · C=O · C–O · C=C

Nombre d'onde (en cm −1) · 3100 – 3500 · 2800 – 3400 · 1700 – 1800 · 1200 – 1300 · 1620 – 1680

Allure de la bande caractéristique · Forte et large · Forte et large · Forte et fine · Forte et fine · Faible et fine

diagramme de distribution de différentes espèces acido-basiques des couples associés à l'acide citrique:

2. Titrage de l'acide citrique

Dans cette partie, on cherche à déterminer expérimentalement la masse d'acide citrique présente dans un citron. Le protocole expérimental suivant est réalisé:

presser un citron avec un presse-agrumes;

filtrer le jus obtenu. Le volume de jus mesuré vaut $V_{\text{jus}} = 46\text{ mL}$ après filtration;

diluer 10 fois le jus de citron filtré;

prélever un volume $V_{\text{dilué}} = 25{,}0\text{ mL}$ de jus de citron dilué et réaliser le titrage par une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de concentration $c_B = 2{,}5 \times 10^{-1}\text{ mol}\cdot\text{L}^{-1}$, à l'aide d'un suivi pH-métrique.

Les valeurs des trois $\text{p}K_A$ de l'acide citrique étant proches, les trois acidités sont titrées simultanément. L'équation de la réaction support du titrage s'écrit:

$$\mathrm{H_3A(aq) + 3\,HO^-(aq) \rightarrow A^{3-}(aq) + 3\,H_2O(\ell)}$$

La courbe de titrage obtenue est représentée à la figure 2.

Q9.

À partir de la formule topologique de l'acide citrique $\mathrm{H_3A}$, représenter la formule semi-développée de l'ion $\mathrm{A^{3-}}$.

Q10.

Proposer un protocole expérimental permettant de diluer 10 fois le jus de citron filtré. Justifier la verrerie utilisée.

Q11.

Réaliser un schéma légendé du dispositif de titrage, en nommant le matériel et les solutions utilisées.

Q12.

Choisir dans le tableau ci-dessous, en justifiant, un indicateur coloré adapté à ce titrage. Préciser, en justifiant, le changement de couleur de l'indicateur coloré à l'équivalence.

Nom de l'indicateur coloré

Zone de virage

Teinte en milieu acide

Teinte en milieu basique

hélianthine · $3{,}1 - 4{,}4$ · rouge · jaune

rouge de méthyle · $4{,}2 - 6{,}2$ · rouge · jaune

bleu de bromothymol · $6{,}0 - 7{,}6$ · jaune · bleu

phénolphtaléine · $8{,}2 - 10{,}0$ · incolore · rose

Q13.

En supposant que l'acide citrique est le seul acide présent dans le fruit, déterminer la masse d'acide citrique présente dans le citron.

Le candidat est invité à prendre des initiatives et à présenter la démarche suivie, même si elle n'a pas abouti. La démarche est évaluée et doit être correctement présentée.

Q14.

Avec un protocole similaire, on détermine que la masse d'acide citrique contenue dans une pelle-doseuse est égale à $23\text{ g}$.

En déduire le nombre de citrons apportant la même masse d'acide citrique. Commenter.