Structure et transformation de la matière
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Comprendre
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Antilles, Guyane • Juin 2014
Exercice 2 • 10 points
À la fin du
La vitamine C intervient dans de nombreuses réactions d'oxydo-réduction dans l'organisme, dans le métabolisme du fer et des acides aminés.
Nous allons dans une première partie nous intéresser à la molécule d'acide ascorbique. Dans une deuxième partie, nous verrons une méthode de titrage par suivi pH-métrique d'un comprimé de vitamine C.
La troisième partie sera consacrée à d'autres méthodes de titrage.

1. La molécule d'acide ascorbique




2. Titrage de l'acide ascorbique par suivi pH-métrique
On souhaite vérifier l'indication figurant sur une boîte de comprimés de vitamine C vendue en pharmacie : le fabricant annonce que la masse d'acide ascorbique est de 500 mg par comprimé.
Un comprimé de vitamine C est écrasé dans un mortier. La poudre est ensuite dissoute dans une fiole jaugée de 200,0 mL que l'on complète avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge en homogénéisant le mélange. On obtient alors la solution S.
On prélève 10,0 mL de cette solution que l'on titre avec une solution d'hydroxyde de sodium (Na+(aq)
On suit le titrage par pH-métrie. Le graphique représentant l'évolution du pH en fonction du volume de solution d'hydroxyde de sodium versé est représenté en annexe.
L'acide ascorbique sera noté AH dans la suite de l'exercice.
Déterminer le pH de la solution d'hydroxyde de sodium utilisée pour le titrage. En déduire les précautions qu'il convient d'adopter pour utiliser cette solution. (0,5 point)
3. Autres méthodes de titrage
Le titrage de l'acide ascorbique peut également se faire par d'autres techniques. Nous allons dans cette partie en étudier succinctement deux : l'utilisation d'un indicateur coloré et le suivi conductimétrique.
1 Utilisation d'un indicateur coloré
Parmi les indicateurs colorés proposés, lequel utiliseriez-vous pour le titrage de l'acide ascorbique par la solution d'hydroxyde de sodium effectué dans la partie 2 ?
Justifier la réponse et préciser comment l'équivalence serait repérée. (0,5 point)
Indicateur coloré | Teinte acide | Zone de virage | Teinte basique |
Hélianthine | Rouge | 3,1 – 4,4 | Jaune |
Vert de bromocrésol | Jaune | 3,8 – 5,4 | Bleu |
Bleu de bromothymol | Jaune | 6,0 – 7,6 | Bleu |
Rouge de crésol | Jaune | 7,2 – 8,8 | Rouge |
Phénolphtaléine | Incolore | 8,2 – 10,0 | Rose |
Rouge d'alizarine | Violet | 10,0 – 12,0 | Jaune |
Carmin d'indigo | Bleu | 11,6 – 14,0 | Jaune |
2 Titrage conductimétrique
On envisage d'effectuer le titrage conductimétrique d'une solution d'acide ascorbique dont la concentration molaire est de l'ordre de 6 × 10−3 mol · L−1 par une solution d'hydroxyde de sodium de concentration
par la solution d'hydroxyde de sodium de concentration molaire
. (0,5 point)
- les éventuelles adaptations effectuées au niveau des concentrations
- le volume de solution d'acide ascorbique prélevé. (1 point)




Données
- pKe
= 14,0 à 25 ° C. - Masses molaires atomiques : M(H)
= 1,0 g · mol−1 M(C)= 12,0 g · mol−1 M(O)= 16,0 g · mol−1. - Conductivités molaires ioniques à 25 ° C :
λ(HO−)
Annexe

Notions et compétences mises en jeu
Représentation spatiale des molécules • Réaction chimique par échange de proton.
Conseils du correcteur
Partie 1
Partie 2
Partie 3
1. LA MOLÉCULE D'ACIDE ASCORBIQUE
1 Repérer les carbones asymétriques
Notez bien
Un carbone asymétrique est relié à 4 substituants différents.

2 Réfléchir à la chiralité d'une molécule
La molécule contient 2 carbones asymétriques, elle ne présente pas de plan de symétrie. Elle n'est donc pas superposable à son image dans un miroir. On dit que cette molécule est
3 Déterminer les relations entre molécules
Les molécules A et B se différencient par la disposition autour de l'un des carbones asymétriques. Elles sont
De la même façon les molécules A et C se différencient par la disposition autour de l'autre carbone asymétrique. Elles sont également
Notez bien
Deux molécules énantiomères sont images l'une de l'autre dans un miroir.
Les molécules A et D se différencient par la disposition autour des 2 carbones asymétriques. Elles sont
Les espèces A et E n'ont pas la même formule brute : elles ne sont pas isomères. Par contre, on passe de l'espèce A à l'espèce E par la perte d'un ion H+ : ces deux espèces forment donc un
4 Déterminer une formule brute
La molécule A est composée de 6 atomes d'oxygène, de 6 atomes de carbone et de 8 atomes d'hydrogène (5 explicitement notés sur la formule et 3 implicites). La formule brute est donc : C6H6O8.
2. TITRAGE DE L'ACIDE ASCORBIQUE PAR SUIVI pH-MÉTRIQUE
1 Déterminer le pH d'une solution
L'ion hydroxyde est une base forte. On a donc :
[HO–]
On peut en déduire la concentration des ions oxonium :
Notez bien
pH
Soit un pH tel que :
pH
Cette solution est donc
2 Réaliser le schéma du montage d'un titrage pH-métrique

3 Écrire l'équation support d'un titrage
L'ion hydroxyde réagit avec l'acide en solution :
AH
4 Déterminer la masse d'acide contenue dans un comprimé
Il faut raisonner par étapes.
- Commençons par déterminer le volume de solution titrante versé à l'équilibre (par la méthode des tangentes parallèles sur le schéma de l'annexe). On trouve VB
= 13,6 mL.

- On détermine alors la quantité de matière d'ions hydroxyde versée :
nB
- On peut déterminer la quantité de matière d'acide ascorbique présente dans la prise d'essai :
nA
- On en déduit la quantité de matière d'acide ascorbique présente dans un comprimé (la prise d'essai correspond à 1/20e de la solution préparée avec un comprimé) :
n0
- Pour terminer, on détermine la masse d'acide ascorbique présente dans un comprimé :
MAH
Alors : m
5 Identifier les sources d'erreurs possibles, calculer un écart relatif
Il y a des erreurs expérimentales possibles : utilisation incorrecte de la fiole jaugée, perte de solide lors du transfert entre le mortier et la fiole jaugée, utilisation incorrecte de la pipette jaugée, lecture incorrecte du volume versé sur la burette.
Il peut y avoir des erreurs liées à la préparation de la solution titrante.
Il peut y avoir aussi des erreurs liées à la lecture de l'équivalence sur le graphe pH
On peut calculer l'écart relatif entre la masse théorique et la masse expérimentale :
Cet écart est inférieur à 5 %, il est donc acceptable.
6 Déterminer le caractère fort ou faible d'un acide
Dans le cas d'un acide fort, on a la relation suivante : pH
Or, dans la fiole, la concentration est :
Si l'acide était fort cela correspondrait à :
pH
Or, sur le graphe de l'annexe, avant l'ajout de la solution titrante, on peut lire que pH
3. AUTRES MÉTHODES DE TITRAGE
1 Choisir un indicateur coloré
Pour choisir un indicateur coloré adapté au titrage, il faut que le pH à l'équivalence soit compris dans la zone de virage de l'indicateur.
D'après le graphe, le pH à l'équivalence est pHe
2 1. Émettre une hypothèse
L'équation support du titrage est toujours :
AH
Dans l'énoncé, on peut voir que la solution titrante est environ 20 fois plus concentrée que la solution à titrer. Pour une équivalence aux alentours de 15 mL, il faut donc une prise d'essai 20 fois plus importante, soit 20 × 15
2. Écrire un protocole
Afin de prendre en compte les réponses à la question
On peut alors mettre en place le titrage conductimétrique comme suit.
- On prélève un volume de 20,0 mL de solution S'à l'aide d'une pipette jaugée de 20,0 mL. On introduit cette prise d'essai dans un bécher et on met en place une agitation magnétique.
- On remplit une burette graduée de 25 mL de solution Sb.
- On met en place le conductimètre, puis on verse millilitre par millilitre la solution titrante et on relève la valeur de la conductivité σ du mélange réactionnel.
- Enfin on trace le graphe σ
= f(V).
3. Identifier une courbe de titrage conductimétrique
L'équation support du titrage est toujours :
AH
Notez bien
La conductivité est une fonction croissante de la concentration totale en ions.
Avant l'équivalence, l'ajout d'hydroxyde de sodium apporte l'ion Na+ en solution et transforme la molécule AH en ion A–. Globalement, la concentration en ions de la solution est en augmentation. La conductivité est une fonction croissante de la concentration totale en ions. Avant l'équivalence, la courbe est donc croissante. Le seul graphe correspondant à ce cas de figure est