Graphe 2 - Po US Th O miS PC

PARTIE C - Exo préparatoire au DS (Durée : 2 heures)
TS
EXERCICE SUR PARTIE C – Contrôles de qualité par dosage
– La calculatrice N’EST PAS autorisée –
 La partie A est indépendante, les parties B et C ne sont que peu liées 
Certains produits ménagers utilisés pour détacher les tapis et les moquettes contiennent une
solution concentrée d’ammoniaque NH3 . L’étiquette d’un de ces produits porte l’indication
« Solution d’ammoniaque à 1,2 % en masse – Densité = 0,95 ».
Après avoir étudié quelques propriétés d’une solution aqueuse d’ammoniaque, on vérifiera
l’indication portée sur la bouteille du produit détachant en réalisant de deux manières le
dosage par titrage direct de cette solution.
Données et Aides aux calculs :
 Pourcentage massique d’une espèce = masse de l’espèce (en g) pour 100 g de solution
 Masse molaire de l’ammoniac NH3 : M = 17,0 g.mol-1
 Produit ionique de l'eau à 25°C :
pKe = 14
 Constante d’acidité du couple ion ammonium / ammoniac à 25°C :
 Conductivités molaires ioniques (en mS.m2.mol-1) :
 log(1) = 0
 8,5/9,5 = 0,9
log(10)=1
9,5/8,5 = 1,1
pKa = 10
 HO- = 19,9
 NH4+ = 10,1
 Cℓ- = 7,6
 H3O+ = 35,0
log(a×b) = log(a) + log(b)
1/3 = 0,33
log(10n) = n
1,8/1,5 = 1,2
A – ÉTUDE D’UNE SOLUTION D’AMMONIAQUE (6,5 PTS)
On dispose d’une solution aqueuse d’ammoniaque, notée S, de concentration en soluté
apporté C=1,0.10–2 mol/L et de volume total V=200 mL. Le pH de cette solution vaut 11.
1. L’ammoniac NH3 est une base en solution aqueuse. Donner la définition d’une base selon
Brønsted.
2. Étude de la réaction entre l’ammoniac et l’eau :
2.a) Écrire l'équation de la réaction entre l’ammoniac et l’eau. Préciser les couples mis
en jeu.
2.b) En explicitant votre raisonnement, déterminer si l’ammoniac est une base forte ou
une base faible.
2.c) Donner l’expression de la constante d’acidité Ka du couple ion ammonium /
ammoniac, puis calculer sa valeur à partir des concentrations en chaque espèce.
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3. Espèce prédominante dans la solution S :
3.a) Représenter le diagramme de prédominance de ce couple, et l’utiliser pour
déterminer l’espèce prédominante dans la solution S, de pH égal à 11.
3.b) À partir de la valeur du pKa de ce couple et du pH de la solution S, calculer la valeur
du rapport
ammoniac  . Expliquer que ce résultat est cohérent avec celui de la
ion ammonium
question précédente.
B – SUIVI pH-MÉTRIQUE DU TITRAGE DU DÉTACHANT (10 PTS)
On souhaite réaliser le titrage de l’ammoniac contenu dans la solution de produit détachant,
notée S0 , par une solution d’acide chlorhydrique (H3O+(aq)+Cℓ –(aq)).
a) Vérification de la concentration de l’acide chlorhydrique
On vérifie tout d’abord la concentration CA de l’acide chlorhydrique grâce à différentes
solutions d’acide chlorhydrique, de concentrations connues précisément, dont on mesure la
conductivité. On obtient le graphe 1 fourni en Annexe. On mesure ensuite la conductivité
de l’acide à utiliser pour le titrage : A = 4,2 S.m–1.
1. Comment appelle-t-on cette technique de dosage ? Pourquoi dit-on qu’elle est non
destructive ?
2. Déterminer graphiquement la valeur de CA la concentration de l’acide chlorhydrique qui
sera utilisé pour le titrage (faire apparaître les tracés nécessaires).
3. Expliquer en quoi le nuage de points du graphe 1 vérifie la loi de Kohlrausch.
b) Dilution de la solution commerciale de détachant
Avant de réaliser le titrage, on dilue la solution commerciale S0 de nettoyant par un
facteur 5. La solution diluée obtenue est appelée solution S1 .
4. Parmi les lots de matériel proposés ci-dessous, lequel faut-il utiliser pour réaliser la
dilution par 5 de la solution S0 ? Justifier clairement votre réponse.
Lot n°1
Lot n°2
Lot n°3
Lot n°4
Pipette graduée 20 mL
Éprouvette 100 mL
Pipette graduée 10 mL
Fiole jaugée 50 mL
Pipette jaugée 10 mL
Fiole jaugée 50 mL
Pipette jaugée 2 mL
Fiole jaugée 100 mL
c) Titrage du détachant dilué
On réalise maintenant le titrage d’un volume VB=15,0 mL de la solution S1 (solution de
détachant diluée 5 fois) par une solution d’acide chlorhydrique (H3O+(aq)+Cℓ –(aq)) de
concentration CA=0,100 mol.L-1.
La courbe de suivi pH-métrique de ce titrage est présentée sur le graphe 2 en Annexe.
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5. Équation du titrage :
5.a) Quelles doivent être les caractéristiques d’une réaction de titrage ?
5.b) Écrire l’équation de la réaction de titrage de l’ammoniac NH3 par les ions oxonium de
l’acide chlorhydrique.
6. Exploitation du titrage :
6.a) Déterminer graphiquement, sur le graphe 2, les coordonnées du point équivalent
(faire apparaître les tracés nécessaires).
6.b) En explicitant votre raisonnement, montrer que le pourcentage massique en
ammoniac dans la solution commerciale S0 est de 0,9 %.
6.c) Comparer le pourcentage massique indiqué par le fabricant avec votre résultat, en
calculant la valeur de leur écart relatif. Conclure sur la validité du pourcentage
massique indiqué sur la bouteille de détachant.
7. Parmi les indicateurs colorés proposés ci-après, lequel aurait été le plus adapté pour
réaliser un dosage colorimétrique de la solution S1 ? Justifier votre réponse, et préciser le
changement de couleur qui aurait été observé à l’équivalence.
Indicateur coloré
Teinte acide
pH de la zone de virage
Teinte basique
Bleu de bromophénol
jaune
3,0 – 4,6
violet
Rouge de méthyle
rouge
4,2 – 6,3
jaune
Bleu de bromothymol
jaune
6,0 – 7,6
bleu
Rouge neutre
rouge
6,8 – 8,0
jaune
8. Détermination du pKa du couple ion ammonium / ammoniac :

ammoniac

 à la demi-équivalence ? Justifier.
 ion ammonium 
8.a) Que devient pH  pK a  log 
8.b) Sur le graphe 2, retrouver la valeur du pKa du couple ion ammonium / ammoniac
(faire apparaître les tracés nécessaires).
C – SUIVI CONDUCTIMÉTRIQUE DU TITRAGE DU DÉTACHANT (3,5PTS)
On réalise le titrage d’un volume V’B=20,0 mL de détachant dilué 5 fois (solution S1) par
une solution d’acide chlorhydrique (H3O+(aq)+Cℓ –(aq)) de concentration C’A=0,200 mol.L-1. La
courbe de suivi conductimétrique de ce titrage est présentée sur le graphe 3 en Annexe.
1. Sur le graphe 3, déterminer la valeur du volume équivalent (faire apparaître les tracés).
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2. Justification de l’allure de la courbe de titrage :
Pour répondre aux questions suivantes, on fera l’approximation que le volume total de la
solution ne varie pas au cours du dosage. De plus on négligera l’influence de la concentration
en ion hydroxyde sur la conductivité de la solution.
3.a) Donner l’expression de la conductivité de la solution présente dans le bécher, en
fonction des concentrations des différentes espèces, valable à tout stade du dosage.
3.b) Indiquer l’évolution des concentrations des espèces chimiques présentes dans la
solution titrée avant l’équivalence. En déduire l’évolution de la conductivité.
3.c) Indiquer l’évolution des concentrations des espèces chimiques présentes dans la
solution titrée après l’équivalence. En déduire l’évolution de la conductivité.
3.d) En utilisant les 2 questions précédentes, justifier l’allure de la courbe de dosage du
graphe 3.
ANNEXES
Graphe 1 : Conductivité de différentes solutions d’acide chlorhydrique
 (S/m)
C (mol/L)
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Graphe 2 : Courbe obtenue lors du suivi pH-métrique du titrage
VA (mL)
Graphe 3 : Courbe obtenue lors du suivi conductimétrique du titrage
120
sig(mS/m)
ma(mS/m)
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
Va(mL)
VA (mL)
10
2
4
6
8
10
12
14
16
18
5