Sujet Bac Amérique du Nord Juin 2003

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I – ( 6,5 points)

II - (5,5 points)

III – A propos de l'acide formique (4 points)

 

I ) :

 

 

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II ) :

 

 

        

 

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III ) A propos de l'acide formique:

 

Pour se défendre, les fourmis utilisent deux moyens: leurs mandibules et la projection d'acide formique. Les mandibules servent à immobiliser l'ennemi tandis que l'acide formique brûle la victime. Une fourmi se sentant menacée se dresse sur ses deux pattes arrière et peut projeter sur l'ennemi un jet d'acide formique à plus de 30 centimètres grâce à son abdomen.

L'acide formique (ou acide méthanoïque) soluble dans l'eau a pour formule semi-développée HCOOH. On se propose d'étudier quelques propriétés d'une solution aqueuse de cet acide.

Données :

Masses molaires atomiques : M_C = 12,0 g.mol^-1 ; M_H = 1,0 g.mol^-1 ; M_O = 16,0 g.mol^-1

Constante d'acidité à 25°C :   K_A (HCOOH / HCOO^-) = 1,8.10^-4

Conductivités molaires ioniques à 25°C (conditions de l'expérience) :

         l(H₃O⁺ ) = 35,0.10^-3 S.m².mol^-1   ;   l(HCOO^- ) = 5,46.10^-3 S.m².mol^-1   ;

On rappelle l'expression de la conductivité s d'une solution en fonction des concentrations molaires des espèces ioniques X_i dissoutes s = S l_i.[X_i].

1) Dans une fiole jaugée de volume V₀ = 100 mL, on introduit une masse m d'acide formique puis on complète cette fiole avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge et on l'homogénéise.

On dispose alors d'une solution S₀ d'acide formique de concentration molaire C₀ = 0,01 mol.L^-1.

a) Calculer la masse m.

b) Ecrire l'équation de la réaction associée à la transformation de l'acide formique en présence d'eau.

c) Compléter le tableau 1 d'avancement joint en annexe page 12 (à rendre avec la copie) correspondant à cette transformation chimique, en fonction de C₀ , V₀ , x_max et x_eq. On note x_éq l'avancement à l'état d'équilibre et x_max l'avancement de la réaction supposée totale.

d) Exprimer le taux d'avancement final t en fonction de la concentration en ions oxonium à l'équilibre [H₃O⁺]_éq et de C₀.

e) Donner l'expression du quotient de réaction à l'état d'équilibre Q_r,éq= [H₃O⁺]_éq² / ( C₀ – [H₃O⁺]_éq)

2) Exprimer la conductivité s de la solution d'acide formique à l'état d'équilibre en fonction des conductivités molaires ioniques des ions présents et de la concentration en ions oxonium à l'équilibre [H₃O⁺]_éq

3) La mesure de la conductivité de la solution S₀ donne s = 0,05 S.m^-1 à 25°C.

a) En utilisant les relations obtenues précédemment, compléter le tableau 2 (annexe page 12).

b) Comparer la valeur expérimentale de Q_r,eq avec la valeur de la constante K_A du couple

HCOOH / HCOO^-.

4) On réalise la même étude, en utilisant une solution S₁ d'acide formique de concentration  

C₁ = 0,10 mol.L^-1  . Les résultats obtenus sont indiqués dans le tableau 2 (annexe page 12)

En déduire l'influence de la concentration de la solution sur :

a) Le taux d'avancement de la réaction.

b) Le quotient de réaction dans l'état d'équilibre.

 

Exercice III – Annexes ( à rendre avec la copie )

Tableau 1

Tableau 2

 

 

 

 

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