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Corrigés de BAC

Bac Physique-Chimie

Nouvelle Calédonie 1

Dans cette vidéo, Théobald de Cydéo présente un exercice de chimie sur la réaction de l'acide benzoïque avec l'eau dans le cadre du BAC de 2022 en Nouvelle-Calédonie. Il explique que l'exercice fait partie des trois exercices au choix et que les étudiants doivent en choisir deux.

Théobald recommande de survoler les données fournies, qui incluent les valeurs de pK des acides et bases, la solubilité de l'acide benzoïque et la masse molaire des différentes entités chimiques.

La première partie de l'exercice porte sur le calcul de la masse nécessaire pour préparer une solution d'acide benzoïque. Théobald rappelle que la concentration molaire est égale à N/V, avec V en litres et N en moles. En utilisant cette formule, il calcule la quantité de matière correspondant à la masse donnée et en déduit la masse nécessaire pour préparer la solution.

Ensuite, Théobald examine la saturation de la solution. Il explique que la solubilité maximale de l'acide benzoïque est donnée et que la solution est saturée si la concentration d'acide est égale à cette valeur. En vérifiant cette condition, il conclut que la solution n'est pas saturée.

L'équation de réaction de l'acide benzoïque avec l'eau est ensuite écrite. Théobald explique que l'acide réagit avec l'eau pour former l'ion benzoate et l'acide H3O+. Il vérifie que l'équation est équilibrée et que tous les réactifs et produits sont présents.

Théobald procède ensuite à la construction du diagramme de prédominance du couple acide benzoïque/ion benzoate. Il rappelle la relation entre le pH et le pKa et indique que la solution est dans le domaine de prédominance de l'acide, en se référant à la valeur du pH donnée.

Le tableau d'avancement est ensuite complété en fonction des concentrations initiales et finales. Théobald utilise l'équation de réaction pour remplir le tableau et calcule la quantité d'acide restante. L'avancement maximal est également calculé en considérant que tout l'acide a réagi pour former l'ion benzoate.

Enfin, Théobald montre que le taux d'avancement final s'écrit taux = [H3O+] à l'équivalence / C0 en utilisant les valeurs calculées précédemment. Il conclut que le taux d'avancement est faible, ce qui est cohérent avec le fait que la réaction a peu eu lieu.

Théobald termine en proposant de répondre aux questions des spectateurs et annonce qu'il continuera l'exercice dans une autre vidéo.

Bonjour à tous, c'est Théobald de Cydéo et dans cette vidéo on va parler chimie. On va corriger un exercice du BAC de 2022 de Nouvelle-Calédonie qui s'intéresse à la réaction de l'acide benzoïque avec l'eau. Et donc tout de suite cet exercice. Ça fait partie des trois exercices au choix que vous avez. Vous devez en choisir deux sur les trois lors du BAC. Et donc on voit ça s'intéresse aux réactions à l'acide base, au taux d'avancement, aux synthèses. Et puis comme toujours au début des exercices de chimie, on a un petit paragraphe qui explique pourquoi est-ce qu'on s'intéresse à cette substance-ci. C'est intéressant de la lire mais ça ne vous apporte pas des grandes informations pour le reste de l'énoncé. Puis vous avez des données. Alors moi toujours les données, je conseille de les survoler, de savoir quelles données est-ce qu'on a. Donc là par exemple on a des coulées d'acide base avec leur pk, on a la solubilité de l'acide benzoïque et puis pareil on a des masses molaires ou des masses moléviques pour différentes entités chimiques. On sait qu'elles sont là, on les utilisera quand on aura besoin. Et alors tout de suite la partie A qui est la réaction de l'acide benzoïque désolé avec l'eau. Donc on nous dit qu'on introduit une masse M0 d'acide benzoïque dans l'eau, donc l'eau distillée, pour obtenir un volume V0 de solution. Et après une dissolution totale, on obtient une solution aqueuse d'acide benzoïque de concentration C0 qui vaut 10 moins de mol. Et le pH mètre indique 3,1 pour le pH de la solution. Première question, on demande de calculer donc la masse qu'il va falloir pour préparer cette solution S0. Parce qu'en fait ce qu'il faut comprendre c'est qu'on a mis une masse M0 dans cette petite fiole, puis on l'a bien agitée et après tous les grains d'acide se sont dissous et sont allés un peu partout dans la solution. De telle sorte qu'à chaque point de la solution on a cette concentration C0. La question c'est quelle est cette masse M0 qu'on a introduit au début, parce que dans cette partie là on n'a pas rajouté de masse. Pour ça il faut se rappeler ce que c'est que la concentration molaire. La concentration molaire c'est N sur V avec V en litre, attention ici c'est pas des mètres cubes, ça doit être des litres, et donc N en mol. Et puis ce qu'on va faire c'est que avant de calculer la masse M0, on va calculer la quantité de matière N0 correspondant à cette masse. N on peut le calculer facilement parce qu'on voit qu'on connaît C, on connaît V, donc on va pouvoir calculer N et après on remontera à la masse grâce à la masse molaire. C'est ce qu'on fait ensemble. Donc N0 c'est C0 fois V0 et ça vaut 1,0 fois 10 moins 3 mol. Et puis grâce à la masse molaire, N0 c'est M3, M3 je vous montre, il est juste là dans l'énoncé, M3 fois N0 et donc ça vaut 0,12 g. Et donc on peut conclure, il a fallu peser 0,12 g d'acide benzoïque pour faire cette solution S0. On aurait aussi pu calculer directement N0 en disant que c'est grand M fois C0 fois V0 sans passer par cette étape intermédiaire-ci. Ok ? Puis on nous demande quand est-ce que la solution est saturée. Alors la solution saturée, on nous dit la solution est saturée, alors on ne dit pas exactement ça, on dit la solubilité de l'acide benzoïque, qui est la masse maximale qu'on peut dissoudre dans un litre de solution, vaut 2,4 g par litre. Ça, ça veut dire qu'en fait la solution est saturée au-dessus de 2,4 g par litre moins 1. La solubilité c'est tout ce qu'on peut mettre au maximal. Donc ici la solution est saturée si notre concentration d'acide, puisque c'est en g par litre, la solubilité, est égale à cette solubilité maximale. Donc la concentration massique c'est M0 sur V, donc ici M0 sur V0 et donc si M0 sur V0 est égale à 2,4 g par litre, alors notre solution est saturée. Donc on fait le calcul pour nous, notre solution est 0, M0 sur V0 il vaut 1,2, ce qui est donc inférieur à 2,4. La solution n'est donc pas saturée, on va pouvoir rajouter du solide et les grains de solide vont se dissoudre dans la solution. Question suivante, on nous demande d'écrire l'équation de réaction de l'acide benzoïque avec l'eau. Alors pour ça, en fait il faut regarder ce qu'on met dans notre béchere au début. Au début on a mis de l'acide, on a mis de l'eau, donc les deux vont réagir ensemble pour que l'acide donne l'ion benzoate qui est sa base associée et que l'eau donne son acide associé qui est H3O+. Donc là notre équation est bien équilibrée puisque l'huile a donné un H, puisque là on a perdu un H, et le H c'est donc l'eau qu'il a récupéré. On vérifie bien quand même que tout ce qui est à gauche c'est ce qu'on a mis et tout ce qui est à droite c'est ce qui a été créé. Et puis question suivante, on demande de tracer le diagramme de prédominance du couple acide benzoïque ion benzoate et de préciser l'espèce prédominante dans la solution S0. Pour ça, ce que je vous conseille, en fait non pas ce que je vous conseille, ce qu'il faut faire c'est de tracer un axe de pH en indiquant le pKa donné de l'énoncé du couple acide benzoïque ion benzoate. Puis on sait qu'au pKa, si je rappelle juste rapidement, la concentration de la base égale à la concentration de l'acide. On peut s'en souvenir parce qu'on sait que le pH c'est égal au pKa plus le log de la base sur l'acide. Donc si le pH égale au pKa, le log doit être nul et pour que le log doit être nul, il faut que la concentration de la base et de l'acide soit égale pour que ce qu'il y a à l'intérieur soit égal à 1. Et on voit aussi dans cette formule que si la concentration de la base augmente, du coup le pH va augmenter aussi. Et si la concentration de l'acide augmente, le pH diminue. Donc on a bien que à gauche, donc à pH faible, on a l'acide et à pH élevé, on a la base. Puis notre solution, nous, on dit qu'elle est à pH 3,1, la solution S0, donc elle est dans le domaine de prédominance de l'acide. On a juste à le lire sur le diagramme. Question suivante, on nous demande de compléter le tableau d'avancement, donc en fonction de C0, V0, X, Y. Alors tableau d'avancement, c'est assez sympa à remplir. On a juste à mettre l'équation de réaction en faisant bien attention à ce que chaque entité chimique soit en face de sa case. Et puis on se demande qu'est-ce qu'il y avait au début. Au début, on avait lui et lui. Donc lui va les C0, V0. On parie ici en quantité de matière. Très attention, c'est vraiment s'il faut faire attention dans ce tableau d'avancement, on est en quantité de matière. Donc c'était C0 fois V0, on l'avait calculé dans la première question. Et puis l'eau, c'est notre solvant. Et donc les deux autres, on n'en a pas. Et après, à l'état final, eh bien qu'est-ce qu'il se passe ? On a créé ces deux entités chimiques. Donc c'est eux qui sont en quantité des olé X, Y. Donc les deux sont à la même quantité puisque leur stoichiométrie devant, c'est 1. C'est la même pour les deux. L'eau, c'est toujours mon solvant. Et puis j'ai perdu de mon acide benzoïque initial. J'en ai plus que C0, V0, moins tout ce qui a été utile pour former mon ion benzoate, donc mon Xec. Et puis on peut calculer Xec. Xec, c'est donc le nombre de molles de H3O+, qu'on a à l'équivalence. Donc c'est la concentration en H3O+, à l'équivalence, fois le volume de la solution. Ça c'est, attends, c'est juste cette petite passage 10 puissance moins pH, c'est bien la concentration en ion H+, donc en ion H3O+. C'est la même chose. Et donc on obtient, c'est-à-dire une meuf, fois 10 moins 5 molles. Et puis on nous demande de calculer l'avancement maximal. L'avancement maximal, qu'est-ce que c'est ? C'est l'avancement avec une réaction totale. Donc si tous nos réactifs ont été consommés pour former les produits, ou en tout cas tout notre réactif limitant qui ici est l'acide. Donc on a en tête que le réactif limitant c'est l'acide. Et donc s'il a été consommé en entier, et bien il a créé 1,0 fois 10 moins 3 molles d'ion benzoate, puisqu'il y en avait au début 1,0 fois 10 moins 3 molles. Donc Xmax vaut 1,0 fois 10 moins 3 molles. Et donc on peut passer à la question suisse, où on nous demande de montrer que le taux d'avancement final s'écrit taux égale concentration en H3O plus à l'équivalence divisé par C0. Alors pour ça, ce qu'il faut voir c'est que le taux d'avancement final c'est l'avancement réel, donc celui qu'on voit vraiment dans la réalité, donc Xec, divisé par l'avancement maximal. Ça c'est le taux d'avancement final. Et donc on peut le calculer. Ça c'est par cœur, si on n'a pas ça on ne va pas réussir à faire la suite. On peut le calculer. Xec, on a dit que c'était la concentration en H3O plus à l'équivalence fois V0, et Xmax, on l'a calculé ici, mais en fait au tout début dans la première question, c'est C0 fois V0. Ici on peut barrer les V0, et donc on a bien que taux c'est la concentration H3O plus à l'équivalence divisé par C0. On peut le calculer avec l'application numérique et on obtient 7,9 fois 10 moins 2. Attention ici, pas d'unité. Taux c'est un taux d'avancement, c'est un rapport de deux grandeurs qui ont la même unité, donc taux n'a pas d'unité. Et donc la question c'est, est-ce que c'est en accord avec la question 3 ? Question 3 où on nous demandait de dire dans quel espace est-ce que notre solution se trouvait ? Est-ce qu'on était dans le domaine de prédominance de l'acide ou de la base ? En fait on voit que notre réaction où l'acide était censée se transformer en base, elle a presque pas eu lieu. 7,9 fois 10 moins 2, c'est que dalle. Ça veut dire que notre réaction a peu eu lieu et donc on a mis de l'acide et en fait il reste presque que de l'acide. Donc on est bien dans le domaine de prédominance de l'acide, c'est cohérent avec la question 3. J'espère que ça a été clair, c'est la fin de cette vidéo. On fera la suite de l'exercice dans une autre vidéo. Si vous avez des questions, n'hésitez pas à les poser en commentaire et à bientôt !

Acide benzoïque (1)

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