Autour de l’ammoniac

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle Générale | Thème(s) : Analyse d’un système chimique par des méthodes physiques et chimiques
Type : Exercice | Année : 2020 | Académie : Inédit


La matière

Autour de l’ammoniac

1 heure

6 points

Intérêt du sujet • Ce sujet permet de mettre en évidence les propriétés basiques de l’ammoniac et de déterminer, par titrages conductimétrique et pH-métrique, la concentration d’un produit ménager qui en contient.

 

L’ammoniac (NH3) est un gaz qui, dissous dans l’eau, donne une solution basique d’ammoniaque. Des solutions d’ammoniaque sont vendues dans le commerce. Ces solutions, après dilution, sont utilisées comme produit nettoyant et détachant.

Partie 1. L’ammoniac, une base

On prélève un volume gazeux d’ammoniac V = 2,4  ·  10–1 L, sous la pression 1 015 hPa à la température de 20 oC, que l’on dissout dans de l’eau distillée pour obtenir VS1 = 1,0 L de solution aqueuse d’ammoniac S1.

Le pH de la solution S1 est mesuré et a pour valeur 10,6.

Données

Constante des gaz parfaits : R = 8,31 J · K–1 · mol–1.

Produit ionique de l’eau : Ke = 1,0 × 10–14.

Numéros atomiques : azote N, Z = 7 ; hydrogène H, Z = 1.

1. Rappeler la définition d’une base selon Brönsted.

2. Écrire l’équation de la réaction de l’ammoniac avec l’eau. Identifier les couples acide-base qui interviennent.

3. Donner le schéma de Lewis de l’ammoniac. Comment expliquer son caractère basique ?

4. Montrer que la concentration en quantité de matière de la solution d’ammoniaque préparée S1 est C1 = 1,0 × 10–2 mol · L–1.

5. La réaction est-elle totale ? Justifier la réponse.

Partie 2. Dilution d’une solution commerciale d’ammoniaque

Un laborantin retrouve dans une armoire une bouteille qui semble assez ancienne d’un produit ménager d’une solution commerciale d’ammoniaque.

Sur l’étiquette, on lit « titre massique 12 % ».

Données

Densité de la solution commerciale : d = 0,923.

Masse molaire de l’ammoniac : M(NH3) = 17 g · mol–1.

1. Déterminer la concentration en masse de la solution commerciale d’après l’indication de l’étiquette.

2. Le laborantin prépare une solution S diluée au 50e de la solution commerciale. Indiquer le protocole suivi par le laborantin, ainsi que le matériel nécessaire pour la réalisation de 500 mL de cette solution.

Partie 3. Titrages conductimétrique et pH-métrique

Le laborantin souhaite réaliser un suivi conductimétrique en titrant 10,0 mL de la solution commerciale d’ammoniaque diluée 50 fois, mélangée à 200 mL d’eau distillée, par une solution d’acide chlorhydrique (h3o+(aq) + Cl(aq)) de concentration CA = 1,00 × 10–1 mol · L–1.

1. Quelles sont les caractéristiques d’une réaction support d’un titrage ?

2. Écrire l’équation de la réaction support du titrage et identifier les deux couples acide-base mis en jeu.

3. Quel est l’intérêt d’ajouter 200 mL d’eau aux 10,0 mL de solution à titrer ?

4. Parmi les représentations graphiques de la page suivante, quelle est celle qui représente l’allure de l’évolution de la conductivité σ du mélange en fonction du volume VA de solution d’acide chlorhydrique versé ?

Faire un choix et rédiger une réponse en justifiant.

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Données

Conductivités molaires ioniques à 25 °C :

Tableau de 2 lignes, 5 colonnes ;Corps du tableau de 2 lignes ;Ligne 1 : Ion; H3O+; HO–; Cl−; NH4+; Ligne 2 : λ°(mS · m2 · mol–1); 34,98; 19,86; 7,63; 7,35;

5. À partir de la solution notée S diluée 50 fois de la solution commerciale d’ammoniaque, le laborantin réalise finalement un titrage pH-métrique de 10,0 mL de solution S par une solution d’acide chlorhydrique (h3o+(aq) + Cl(aq)) de concentration CA = 1,00 × 10–1 mol · L–1. Il obtient les deux courbes ci-après.

Exploiter le titrage et déterminer la concentration en quantité de matière en ammoniac de la solution commerciale. Détailler votre démarche.

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6. Déterminer le titre massique d’ammoniac (t) de la solution commerciale.

7. L’indication de l’étiquette est-elle toujours valable ? Le produit s’est-il conservé ?

 

Les clés du sujet

Le lien avec le programme

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Les conseils du correcteur

Tableau de 3 lignes, 2 colonnes ;Corps du tableau de 3 lignes ;Ligne 1 : Partie 1. L’ammoniac, une base; ▶ 3. Établissez la structure électronique de l’azote et de l’hydrogène pour obtenir le schéma de Lewis.▶ 4. On considère que le gaz ammoniac se comporte comme un gaz parfait. Utilisez la loi des gaz parfaits en faisant attention aux unités.▶ 5. Comparez l’avancement final à l’avancement maximal. Pensez à utiliser le produit ionique de l’eau.; Ligne 2 : Partie 2. Dilution d’une solution commerciale d’ammoniaque; ▶ 1. Déterminez une concentration à partir du titre massique et de la densité.; Ligne 3 : Partie 3. Titrages conductimétrique et pH-métrique; ▶ 4. Identifiez toutes les espèces ioniques et identifiez comment évoluent les concentrations avant et après l’équivalence.▶ 7. Pour comparer un résultat à une valeur de référence, pensez à calculer un écart relatif.;

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