Aurélie 05/06
acide base : lactose, acide propanoïque, solution de soude

d'après concours manipulateur électroradiologie médicale AP Paris

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lactose (4 pts)

Parmi les constituants du lait, le lactose est l'un des principaux glucides. Ce dernier en présence de bactérie, se dégrade et se transforme en acide lactique de formule semi-développée CH3-CHOH-COOH. La teneur en acide lactique d'un lait est un critère de fraicheur. Si la teneur dépasse 5,0 g/L, le lait caille. Pour un lait frais cette teneur se situe autour de 1,8 g/L. On donne la masse molaire de l'acide lactique M= 90,0 g/mol.

On dose un volume V= 20 mL de lait par une solution d'hydroxyde de sodium de concentration cb=0,10 mol/L. Le volume équivalent est obtenu pour véq = 8,5 mL d'hydroxyde de sodium versé.

  1. Ecrire la formule de la base conjuguée de l'acide lactique.
  2. Ecrire l'équation de la réaction de l'acide lactique avec l'hydroxyde de sodium
  3. Déterminer la concentration molaire de l'acide lactique dans ce lait.
    - En déduire le titre massique de l'acide lactique. Ce lait est-il consommable ? Justifier.
  4. On donne les zones de virage de deux indicateurs colorés. Hélianthine [3,1 - 4,4] et phénolphtaléine [8,2 - 10 ]. Quel est l'indicateur le plus adapté ? Justifier.

 

corrigé
base conjuguée de l'acide lactique : CH3-CHOH-COO-

équation de la réaction de l'acide lactique avec l'hydroxyde de sodium :

CH3-CHOH-COOH + HO- =CH3-CHOH-COO- + H2O

concentration molaire de l'acide lactique :

à l'équivalence du titrage cbvéq= V C soit C= cbvéq/ V=0,1*8,5 / 20 = 0,0425 mol/L (0,042 mol/L)

titre massique (g/L) = concentration molaire ( mol/L) * masse molaire (g/mol) = 0,0425*90 = 3,8 g/L

valeur supérieure à 1,8 g/L, ce lait n'est pas consommable ; de plus il est caillé.

indicateur le plus adapté : à l'équivalence la solution contient une base, l'ion lactate CH3-CHOH-COO- : le pH du milieu est supérieur à 7.
La zone de virage de l'indicateur coloré doit contenir le pH à l'équivalence : donc phénolphtaléine.

acide propanoïque (4 pts)

I- L'équation de la réaction de l'acide propanoïque sur l'eau s'écrit : C2H5-COOH + H2O = C2H5-COO- + H3O+.

Le pKa associé à l'acide propanoïque vaut 4,9 à 25°C.

  1. Quelles sont les espèces chimiques présentes dans la solution d'acide propanoïque.
  2. Les espèces C2H5-COO- et H3O+ forment-elles un couple acide/base ? Justifier.

II- On dispose d'une solution aqueuse d'acide propanoïque (S1) de concentration c1 = 1,0 10-1 mol/L. A partir d'un volume V1 de S1 on prépare un volume V2 = 100 mL de solution aqueuse d'acide propanoïque S2 de concentration c2= 1,0 10-3 mol/L.

  1. Comment se nomme la manipulation effectuée pour préparer S2 ?
  2. Calculer V1.

III- La réaction qui se produit entre une solution aqueuse d'acide propanoïque et une solution d'hydroxyde de sodium ( soude) peut être utilisée à des fins de dosage.

  1. Quelles conditions une réaction de dosage doit-elle remplir ?
  2. Ecrire l'équation de la réaction de dosage.
  3. Calculer le volume V d'une solution d'hydroxyde de sodium de concentration c= 0,5 10-3 mol/L qu'il faut ajouter à V'= 25 mL de solution S2 pour que les réactifs soient mélangés dans des proportions stoechiomètriques.

 

corrigé
espèces chimiques présentes dans la solution d'acide propanoïque :

C2H5-COOH ; C2H5-COO- ( ion propanoate) ; H2O ; H3O+ ; HO- est minoritaire en milieu acide.
C2H5-COO- et H3O+ ne forment pas un couple acide/base : ce sont deux acides ; dans un couple acide /base, on trouve un acide et sa base conjuguée.

C2H5-COOH / C2H5-COO- ; H3O+ / H2O par exemples.

manipulation effectuée pour préparer S2 : dilution

facteur de dilution f = concentration mère / concentration fille = 0,1/0,001 = 100

100 = V2/V1 soit V1 = 1 mL

Une réaction de dosage doit être totale et rapide.

C2H5-COOH + HO- = C2H5-COO- + H2O

proportions stoechiomètriques : Vc= V 'c2 soit V= V 'c2 /c = 25 10-3 / 0,5 10-3 = 50 mL
Fraicheur d'u lait (5 pts)

A- parmi les constituants du lait, le lactose est l'un des principaux glucides. Ce dernier en présence de bactérie, se dégrade et se transforme en acide lactique de formule semi-développée CH3-CHOH-COOH.

  1. Indiquer les groupes caractéristiques présents dans l'acide lactique.
  2. A quel couple acide /base l'acide lactique appartient-il ? Donner la formule semi-développée de sa base conjuguée.

B- Dans la suite du problème, le couple acide/base sera noté AH/A-. La teneur en acide lactique d'un lait est un critère de fraicheur. Si la teneur dépasse 5,0 g/L, le lait caille. Pour un lait frais cette teneur se situe autour de 1,7 g/L. On donne la masse molaire de l'acide lactique M= 90,0 g/mol.

  1. Ecrire l'équation chimique de la réaction de l'acide lactique aqueux et l'eau.
  2. Le pH moyen d'un lait frais est 6,7 et le pKa de l'acide lactique est 3,9 à 25°C. Déterminer le rapport [A-]éq / [AH]éq dans le lait étudié.
    - Quel est la forme prédominante du couple acide/base dans le lait frais ?

C- Après quelques jours de conservation du lait, on veut tester son acidité. Pour cela on procède en présence de phénolphtaléine, à un titrage par une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de concentration molaire cB=1,00 10-1 mol/L.
On dose V0 = 20,0 mL de lait additionné de 100 mL d'eau distillée. Le volume versé à l'équivalence, observable par le virage rose persistant de l'indicateur coloré est Véqui = 13,3 mL.

  1. Après avoir défini l'équivalence et écrit l'équation chimique de la réaction de titrage, calculer la nouvelle concentration molaire c'A de l'acide lactique dans le lait étudié.
  2. En déduire la teneur ( en g/L) du lait dosé en acide lactique et conclure sur son état de fraicheur.
corrigé
groupes caractéristiques présents dans l'acide lactique : -CHOH alcool secondaire ; -COOH : acide carboxylique

couple acide /base : acide lactique / ion lactate ;

CH3-CHOH-COOH / CH3-CHOH-COO-.

équation chimique de la réaction de l'acide lactique aqueux et l'eau : AH+H2O= A-+H3O+.

rapport [A-]éq / [AH]éq dans le lait étudié : pH= pKa + log ([A-]éq / [AH]éq )

log ([A-]éq / [AH]éq ) = pH-pKa = 6,7-3,9 = 2,8 ; [A-]éq / [AH]éq = 102,8 = 631

à pH > pKa, la forme A- prédomine.

A l'équivalence les quantités de matière mises en présence sont en proportions stoechiométriques ; avant l'équivalence l'acide est en excès dans le becher; après l'équivalence la soude est en excès.

équation chimique de la réaction de titrage : AH+HO- = A- + H2O

nouvelle concentration molaire c'A = CbVb/V0 =0,1*13,3/20 = 6,65 10-2 mol/L

titre massique ( g/L) = c'a*M( acide lactique) = 6,65 10-2 *90=5,98 g/L. Le lait est caillé.
solution de soude (5,5 pts)

On prépare une solution de soude en dissolvant 10 g de pastilles d'hydroxyde de sodium dans 5 L d'eau distillée.

  1. Ecrire l'équation bilan de la dissolution.
  2. Après en avoir donné la formule, calculer la concentration massique en soude de la solution.
  3. Après avoir donné la formule de la concentration molaire, montere le rapport qui existe entre la concentration massique c et la concentration molaire C.
  4. Calculer la concentration molaire de la solution.
    Na : 23 ; O : 16 ; H : 1 g/mol.

Soit une solution de soude (S1) de concentration molaire égale à 0,01 mol/L. On souhaite neutraliser 250 mL de la solution S1 par 750 mL d'une solution acide S2.

  1. Quel volume de chlorure d'hydrogène faut-il dissoudre dans 750 mL d'eau pour que la neutralisation ait lieu ?
  2. Quel était le pH de la solution S2 ?
  3. Ecrire l'équation bilan de la réaction de neutralisation.
  4. Quel volume d'eau de la solution finale faut-il évaporer pour que la concentration massique soit de 9 g/L ?
    Vm= 24 L/mol ; Cl : 35,5 g/mol

 

corrigé
équation bilan de la dissolution : NaOH (s) = Na+(aq) + HO-(aq)

concentration massique en soude ( g/L)= masse (g) / volume de la solution (L) = 10/5 = 2 g/L

concentration molaire de la soude : C(g/mol) = quantité de matière (mol) / volume de la solution (L)= n/V

Quantité de matière (mol) = masse (g) / masse molaire (g/mol)= m/M

d'où : C = m/(MV) = c/M soit C= 2/(23+16+1) = 0,05 mol/L.

volume de chlorure d'hydrogène :

à l'équivalence du titrage, les quantité de matière des réactifs sont en proportions stoechiométriques.

n( acide ) = V/Vm = V/24 =4,167 10-2 V mol avec V : volume de chlorure d'hydrogène.

n(soude) = 0,25*0,01 = 2,5 10-3 mol

2,5 10-3 =4,137 10-2 V ; V = 2,5 10-3 /4,167 10-2 = 0,06 L.

pH de la solution S2 : n(HCl = n(H3O+) = 0,06/24 = 2,5 10-3 mol dans 0,75 L

d'où [H3O+]= 2,5 10-3 /0.75 =3,33 10-3 mol/L ; pH= -log [H3O+] = - log 3,33 10-3=2,47

équation bilan de la réaction de neutralisation :

H3O+ + Cl- + Na+ + HO- = 2H2O + Cl- + Na+.

volume d'eau de la solution finale à évaporer :

le volume initial du mélange est 1L ; la solution de chlorure de sodium obtenue après neutralisation compte : 2,5 10-3 mol de NaCl dans 1 L.

Après évaporation la concentration molaire en chlorure de sodium est : 9/(23+35,5 ) = 0,154 mol/L

d'où 0,154 V= 2,5 10-3 avec V : volume final après évaporation soit V= 2,5 10-3 / 0,154 = 1,625 10-2 L

On a donc évaporé : 1-1,625 10-2 = 983,7 mL.
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