10 exercices corrigés pas à pas, 4 mini-simulations pour explorer, du calcul guidé à l'exercice de synthèse type bac. 🧰 Nouveau : courbe du vinaigre, méthode de la dérivée, dilution, incertitudes et vitamine C interactifs + vérificateur de réponse.
Avant de commencer
Code couleur de toute la page :
concentration Cvolume Vquantité de matière n, conductivité σpH, pKa
Réflexes pour chaque exercice
① Écrire la réaction support et vérifier qu'elle est totale (K ≫ 10⁴). ② Écrire la relation à l'équivalence avant de calculer. ③ Faire l'application numérique avec unités. ④ Vérifier l'ordre de grandeur.
Niveaux
★ application directe du cours ★★ plusieurs étapes, lecture de données ★★★ approfondissement : incertitudes, esprit critique, type bac
Le degré d'un vinaigre est la masse d'acide éthanoïque pur (en g) contenue dans 100 g de vinaigre. On dilue 10 fois le vinaigre commercial S₀ pour obtenir la solution S. On titre un volume VA = 20,0 mL de S par une solution de soude de concentration CB = 0,100 mol·L⁻¹, avec suivi pH-métrique.
Résultats : pH initial = 2,84 · saut de pH repéré par la méthode de la dérivée : VE = 23,6 mL · pH à VE/2 = 4,75. Données : masse volumique du vinaigre ρ = 1,01 g·mL⁻¹ ; M(CH₃COOH) = 60,0 g·mol⁻¹.
Écrire l'équation de la réaction support du titrage et montrer qu'elle est totale.
Écrire la relation à l'équivalence et en déduire la concentration CA de S.
En déduire la concentration C0, puis la concentration massique de S₀.
Calculer le degré du vinaigre et le comparer à l'étiquette.
Le pH initial confirme-t-il que l'acide éthanoïque est un acide faible ? Calculer son taux d'avancement final.
✔ Cohérence : un acide fort à 0,118 mol·L⁻¹ donnerait pH = −log 0,118 = 0,93, très loin de 2,84. ✓ Et pH(VE/2) = 4,75 = pKa du couple CH₃COOH/CH₃COO⁻.
2
Quel indicateur coloré choisir ?
★★ niveau 2pH à l'équivalencezone de virage · simulation
🎨 Un indicateur mal choisi fausse le volume équivalent
On titre VA = 20,0 mL d'une solution d'acide (CA = 0,100 mol·L⁻¹) par de la soude CB = 0,100 mol·L⁻¹, dans deux cas : acide éthanoïque (pKa = 4,75), puis acide chlorhydrique.
Zones de virage : hélianthine 3,1 – 4,4 (rouge → jaune) · bleu de bromothymol 6,0 – 7,6 (jaune → bleu) · phénolphtaléine 8,2 – 10,0 (incolore → rose).
Calculer le volume équivalent VE dans les deux dosages.
Calculer le pH à l'équivalence pour l'acide éthanoïque, sachant que pHE = ½ (pKe + pKa + log CA⁻), où CA⁻ est la concentration de la base conjuguée à l'équivalence. Donner celui de l'acide chlorhydrique.
Quel(s) indicateur(s) convient-il d'utiliser dans chaque cas ? Justifier.
Simulation. Pour chaque couple (acide, indicateur), relever le volume auquel l'indicateur vire et l'écart relatif sur VE. Que constate-t-on avec l'hélianthine ? avec le BBT dans le dosage de l'acide faible ?
Simulation — le virage tombe-t-il à l'équivalence ?
1
Volume équivalent (même relation dans les deux cas)
⚠ À retenir : l'hélianthine vire dès 1,8 mL pour l'acide faible (le pH initial est déjà ≈ 2,9, dans sa zone de virage) : inutilisable. Le BBT vire avant l'équivalence (19,82 mL) : on sous-estime CA d'environ 1 %. Le choix de l'indicateur dépend donc du pH à l'équivalence, pas de la couleur « qui plaît ».
3
Exploiter des mesures : méthode de la dérivée
★★ niveau 2dérivée dpH/dVpKa par demi-équivalence
🧴 Dosage d'une solution d'acide lactique (détartrant dilué)
On titre VA = 20,0 mL d'une solution d'acide lactique CH₃CH(OH)COOH, noté HL, par de la soude CB = 0,100 mol·L⁻¹. Le pH-mètre donne :
V (mL)
0,0
7,0
12,0
12,5
13,0
13,5
14,0
14,5
15,0
15,5
16,0
pH
2,52
3,86
4,64
4,78
4,98
5,29
8,24
11,16
11,46
11,63
11,74
M(HL) = 90,1 g·mol⁻¹.
Pour chaque volume de 12,5 à 15,5 mL, calculer la dérivée centrée \(\dfrac{\Delta pH}{\Delta V}=\dfrac{pH(V+0{,}5)-pH(V-0{,}5)}{1{,}0}\).
En déduire le volume équivalent VE.
Calculer la concentration CA puis la concentration massique de la solution.
Déterminer le pKa du couple HL/L⁻ à l'aide de la mesure à V = 7,0 mL.
Avec un pas de 0,5 mL, quelle est la précision sur VE ? Comment l'améliorer ?
VE/2 = 7,0 mL : la moitié de HL a été transformée en L⁻, donc [HL] = [L⁻] et pH = pKa.
pKa(HL/L⁻) = pH(7,0 mL) = 3,86
✔ Cohérence : valeur tabulée de l'acide lactique ≈ 3,86 ✓ ; acide plus fort que l'acide éthanoïque (4,75).
5
Précision
Avec un pas de 0,5 mL, le maximum n'est repéré qu'à ± 0,25 mL : soit 0,25/14,0 ≈ 1,8 % d'incertitude relative sur VE. On resserre les mesures (pas de 0,1 mL) autour de l'équivalence.
4
Solution tampon et relation d'Henderson-Hasselbalch
★★ niveau 2avant l'équivalencepH = pKa + log([A⁻]/[AH])
🧪 Pourquoi le sang, les produits cosmétiques et les piscines sont « tamponnés »
On titre VA = 20,0 mL d'acide éthanoïque de concentration 0,100 mol·L⁻¹ par de la soude 0,100 mol·L⁻¹ (pKa = 4,75 ; VE = 20,0 mL).
À V = 5,0 mL, construire le tableau d'avancement en quantités de matière et calculer le pH avec la relation d'Henderson-Hasselbalch.
Même question à V = 10,0 mL puis V = 15,0 mL.
Au mélange obtenu à V = 10,0 mL (volume total 30,0 mL), on ajoute 1,0 mL d'acide chlorhydrique à 0,100 mol·L⁻¹. Calculer le nouveau pH et le comparer à celui qu'on obtiendrait en ajoutant la même quantité d'acide dans 30,0 mL d'eau pure.
Simulation. Pour quelles valeurs de V la relation d'Henderson-Hasselbalch est-elle précise ? Pourquoi s'écarte-t-elle ailleurs ?
Simulation — Henderson-Hasselbalch (tirets) contre calcul exact (trait plein)
On ajoute n(H₃O⁺) = 0,100 × 1,0 = 0,10 mmol. Ces ions réagissent avec A⁻ : A⁻ + H₃O⁺ → AH + H₂O. Donc n(A⁻) = 1,00 − 0,10 = 0,90 mmol et n(AH) = 1,00 + 0,10 = 1,10 mmol.
\(pH=4{,}75+\log\dfrac{0{,}90}{1{,}10}=4{,}66\)
Dans 30,0 mL d'eau pure : [H₃O⁺] = 0,10 / 31,0 = 3,2 × 10⁻³ mol·L⁻¹, soit pH = 2,49 (au lieu de 7,0).
Tampon : ΔpH ≈ − 0,09 · Eau pure : ΔpH ≈ − 4,5
✔ Interprétation : le tampon (AH et A⁻ en quantités voisines) absorbe l'acide ajouté en changeant peu le rapport [A⁻]/[AH].
4
Domaine de validité
Écart exact / HH : environ 0,01 pour 2 mL ≤ V ≤ 18 mL, mais 0,09 à V = 0,5 mL. La relation suppose que l'avancement de la réaction de AH avec l'eau, et celui de A⁻ avec l'eau, sont négligeables devant les quantités de AH et A⁻ introduites ; ce n'est plus vrai quand l'un des deux est très minoritaire.
⚠ Règle pratique : utiliser HH pour pKa − 1 < pH < pKa + 1 (rapport entre 1/10 et 10), pas au voisinage de V = 0 ni de VE.
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Titrage conductimétrique : du tableau à l'intersection
★★ niveau 2conductimétriedilution · σ = Σ λ·[X]
🧽 Acide chlorhydrique d'un produit de nettoyage
On dose VA = 10,0 mL d'une solution S d'acide chlorhydrique (H₃O⁺ + Cl⁻), de concentration CA inconnue, par de la soude CB = 0,100 mol·L⁻¹. On ajoute 90 mL d'eau distillée dans le bécher avant de commencer, puis on mesure la conductivité σ après chaque ajout de V mL de soude.
H₃O⁺ disparaît (consommé par HO⁻), Na⁺ apparaît (apporté par la soude), Cl⁻ est spectateur (sa quantité ne change pas). Après VE, HO⁻ n'est plus consommé et s'accumule.
2
Pentes
Avant VE : chaque HO⁻ versé fait disparaître un H₃O⁺ (λ = 35,0) et apporte un Na⁺ (λ = 5,0) : σ diminue, pente ∝ (5,0 − 35,0) < 0. Après VE : chaque HO⁻ versé s'accumule (λ = 19,8) avec son Na⁺ (λ = 5,0) : σ augmente, pente ∝ (19,8 + 5,0) > 0. Le minimum se situe à l'équivalence.
3
Pourquoi de l'eau, et quelle correction
Le volume initial est V₀ = 10,0 + 90 = 100 mL. L'eau permet d'immerger la cellule de mesure et rend la dilution due à l'ajout de V (≤ 24 mL) modérée. Elle n'est toutefois pas négligeable : on corrige en multipliant σ par le facteur de dilution.
Pourquoi ça marche : σ = Σ λi·ni/(V₀+V). En multipliant par (V₀+V)/V₀, on obtient Σ λi·ni/V₀, une fonction affine de V puisque les ni sont affines en V.
4
Intersection (valeurs données par la simulation)
Traitement
VE (mL)
Commentaire
sans correction
≈ 11,5
branches courbes, droites mal ajustées → biais ≈ − 4 %
✔ Ordre de grandeur : σ initial mesuré = 5,1 mS·cm⁻¹ ; théorie : 10 × (35,0 + 7,6) × (1,20 mmol / 100 mL) ≈ 5,1 mS·cm⁻¹. ✓ (relation numérique pour n en mmol, V en mL, λ en mS·m²·mol⁻¹, σ en mS·cm⁻¹).
6
Titrage d'un diacide : l'acide oxalique
★★★ approfondissementdeux aciditéspKa1 / pKa2
🧱 L'acide oxalique est utilisé comme détachant de rouille
L'acide oxalique H₂C₂O₄ est un diacide : il met en jeu les couples H₂C₂O₄/HC₂O₄⁻ (pKa1 = 1,23) et HC₂O₄⁻/C₂O₄²⁻ (pKa2 = 4,19). On titre VA = 20,0 mL de solution d'acide oxalique de concentration CA = 0,0500 mol·L⁻¹ par de la soude CB = 0,100 mol·L⁻¹.
Écrire les équations des deux réactions de titrage successives et la réaction globale.
Établir la relation entre VE1 et VE2, puis calculer ces deux volumes.
Simulation. Observer la courbe pH(V). Pourquoi le premier saut de pH est-il peu marqué alors que le deuxième est net ?
Que vaut le pH à V = 15,0 mL ? Quelle grandeur retrouve-t-on ? Pourquoi n'obtient-on pas le pKa1 à V = 5,0 mL ?
Simulation — courbe pH(V) d'un diacide (calcul exact des deux équilibres)
Les deux pKa ne diffèrent que de 4,19 − 1,23 ≈ 3 unités, et surtout H₂C₂O₄ est un acide assez fort (pKa1 = 1,23). Autour de VE1, la deuxième réaction commence avant que la première soit terminée : les deux se chevauchent et le pH ne varie que de 2,9 à 3,7 en 2,5 mL. Le deuxième saut est net (pH 6,2 → 10,4 sur 0,2 mL), car la base C₂O₄²⁻ est quant à elle une vraie base faible.
⚠ Pratique : on exploite le deuxième saut seulement ; VE1 sert de contrôle (VE2 = 2 VE1).
4
V = 15,0 mL : moitié de la deuxième étape
V = ³⁄₂ VE1 = VE1 + VE1/2 : la moitié de HC₂O₄⁻ est devenue C₂O₄²⁻, donc [HC₂O₄⁻] = [C₂O₄²⁻].
pH(15,0 mL) = pKa2 = 4,19
⚠ Piège : à V = 5,0 mL (VE1/2) on mesure pH = 1,89 et non 1,23. Henderson-Hasselbalch suppose [H₂C₂O₄] et [HC₂O₄⁻] déterminés par la seule réaction de titrage ; or avec pKa1 = 1,23, l'acide se dissocie déjà beaucoup dans l'eau (pH initial 1,5) : la relation n'est pas applicable pour le couple 1.
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Doser un déboucheur : dilution avant titrage
★★ niveau 2base forte par acide fortdilution · verrerie
🚿 Déboucheur à base d'hydroxyde de sodium : concentration élevée, danger
Une solution commerciale S₀ d'hydroxyde de sodium (Na⁺ + HO⁻) est très concentrée. On la dilue 20 fois avec une pipette jaugée de 25,0 mL et une fiole jaugée de 500,0 mL pour obtenir S. On titre VB = 20,0 mL de S par de l'acide chlorhydrique CA = 0,100 mol·L⁻¹. L'équivalence est obtenue pour VE = 23,8 mL.
Sécurité : la soude concentrée est corrosive : gants, lunettes, blouse.
Vérifier que le facteur de dilution vaut 20.
Écrire l'équation du titrage et la relation à l'équivalence.
Calculer la concentration C de S, puis C0 de S₀ et la concentration massique de S₀.
Que vaut le pH à l'équivalence ? Quel indicateur coloré choisir ?
Quel volume équivalent aurait-on obtenu en titrant directement 20,0 mL de S₀ ? Conclure sur l'intérêt de la dilution.
⚠ Impossible : une burette courante contient 25 mL. La dilution ramène VE dans une plage mesurable (≈ 10–25 mL), ce qui limite aussi l'incertitude relative sur la lecture.
8
Incertitudes : le résultat est-il compatible avec l'étiquette ?
⚖️ Un résultat sans incertitude n'est pas un résultat de mesure
On reprend le titrage du vinaigre (exercice 1) : CB = 0,100 mol·L⁻¹, VA = 20,00 mL, VE = 23,6 mL, donc CA = 0,1180 mol·L⁻¹.
Incertitudes-types : u(CB) = 0,001 mol·L⁻¹ · u(VE) = 0,06 mL (lecture et repérage de l'équivalence) · u(VA) = 0,02 mL (pipette jaugée). Valeur attendue d'après l'étiquette (7°) : CA,réf = 0,1178 mol·L⁻¹.
Calculer les incertitudes relatives de chaque grandeur d'entrée.
Calculer l'incertitude relative composée sur CA en utilisant \[\dfrac{u(C_A)}{C_A}=\sqrt{\left(\dfrac{u(C_B)}{C_B}\right)^2+\left(\dfrac{u(V_E)}{V_E}\right)^2+\left(\dfrac{u(V_A)}{V_A}\right)^2}\] puis u(CA).
Écrire le résultat avec un nombre de chiffres significatifs cohérent. Quelle source d'incertitude domine ? Comment améliorer le résultat ?
Calculer l'écart normalisé \(E_N=\dfrac{|C_A-C_{A,réf}|}{u(C_A)}\). Le résultat est-il compatible avec l'étiquette ?
L'incertitude porte sur le 4e chiffre après la virgule : on garde autant de décimales dans la valeur.
CA = (0,1180 ± 0,0013) mol·L⁻¹
Source dominante : CB (1,0 % contre 0,25 % et 0,10 %). Améliorer la lecture de VE ou changer de pipette ne servirait à rien ; il faut étalonner la soude (la titrer par une solution de référence) ou la préparer plus précisément.
💧 Un sérum physiologique contient 0,9 % de chlorure de sodium (9 g·L⁻¹)
On dose les ions chlorure d'un sérum physiologique. On prélève VS = 10,0 mL de sérum, on ajoute 90 mL d'eau distillée, puis on verse une solution de nitrate d'argent (Ag⁺ + NO₃⁻) de concentration CAg = 0,100 mol·L⁻¹. On mesure la conductivité après chaque ajout.
K ≈ 5,6 × 10⁹ ≫ 10⁴ : totale (le solide AgCl se forme)
2
Spectateurs et pentes
Na⁺ est spectateur (sa quantité reste constante). Avant VE : Cl⁻ (λ = 7,63) est remplacé par NO₃⁻ (λ = 7,14) : σ diminue très légèrement. Ag⁺ est entièrement consommé par la précipitation. Après VE : Ag⁺ et NO₃⁻ versés s'accumulent (λ = 6,19 + 7,14) : σ augmente nettement. Les deux pentes sont très différentes, mais la rupture de pente est bien visible.
3
Volume à l'équivalence
Traitement
VE (mL)
sans correction de dilution
≈ 15,0 (biais ≈ − 3 %)
avec correction
15,4
VE = 15,4 mL
4
Concentration et concentration massique
À l'équivalence, Ag⁺ et Cl⁻ ont réagi dans les proportions stœchiométriques : n(Cl⁻) = n(Ag⁺)versé.
cm(NaCl) = 9,0 g·L⁻¹ — conforme à l'étiquette (0,9 %)
✔ Ordre de grandeur : sérum physiologique isotonique ≈ 0,15 mol·L⁻¹ en NaCl (comparable au plasma sanguin) ✓.
5
Pourquoi pas la pH-métrie ?
Aucun ion H₃O⁺ ou HO⁻ n'intervient dans la réaction : le pH reste voisin de 7 pendant tout le titrage. Il faut un autre capteur : conductimètre, ou électrode d'argent (potentiométrie).
10
Exercice de synthèse : un comprimé de vitamine C
★★★ type bacavancement · pHE · indicateurmasse · incertitude
💊 « Vitamine C 500 » : le comprimé contient-il bien 500 mg d'acide ascorbique ?
L'acide ascorbique C₆H₈O₆, noté AscH, est un monoacide (couple AscH/Asc⁻, pKa = 4,1). Un comprimé est dissous dans une fiole jaugée de 200,0 mL. On titre VA = 50,0 mL de cette solution par de la soude CB = 0,0500 mol·L⁻¹. Le suivi pH-métrique et la méthode de la dérivée donnent VE = 14,0 mL.
⚠ Subtilité : pHE = 8,07 est juste sous 8,2 : la teinte rose apparaît environ 0,001 mL après l'équivalence : erreur négligeable. Le BBT (vire vers 6,8) conduirait à arrêter trop tôt.
⚠ Inconvénient : une burette est graduée tous les 0,1 mL : l'incertitude relative sur VE devient de l'ordre de 5 % (0,06/1,4 ≈ 4 %), 10 fois plus qu'à 14,0 mL. On choisit CB pour que VE soit de l'ordre de 10 à 20 mL.
Bilan de compétences
Coche ce que tu sais faire sans regarder le cours. Les exercices à refaire sont indiqués.