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Corrigés de BAC

Bac Physique-Chimie

Polynésie 2 

Dans ce cours, Layla de Studéo présente le premier exercice d'un sujet de BAC de chimie sur le sel d'osaïe. Elle commence par expliquer que le sel d'osaïe est en réalité l'acide oxalique, une substance chimique utilisée dans de nombreuses synthèses. L'objectif de l'exercice est de déterminer si l'acide oxalique est un acide fort ou un acide faible. 

Layla explique ensuite la définition d'une espèce acide selon Brønsted, qui libère un proton H+, et d'une base de Brønsted, qui capte un proton H+. Elle mentionne également les acides de Lewis, liés au doublé électronique. 

Elle poursuit en montrant la représentation de Lewis de l'acide oxalique et en expliquant pourquoi il est considéré comme un diacide, capable de libérer deux protons H+. Elle donne également les deux couples acides-bases associés à l'acide oxalique.

Dans la partie expérimentale, Layla modélise la transformation chimique entre l'acide oxalique et l'eau en supposant que c'est un diacide fort. Elle écrit l'équation de la réaction et utilise un tableau d'avancement pour déduire la concentration en H3O+. Elle trouve une concentration de 1*10^-1 mol par litre.

En comparant le pH théorique calculé à partir de la concentration en H3O+ avec le pH expérimental, Layla conclut que l'hypothèse selon laquelle l'acide oxalique est un acide fort n'est pas valide. En effet, la solution est moins acide que prévu, ce qui indique une réaction incomplète et donc, que l'acide oxalique est un acide faible.

Layla annonce ensuite qu'elle étudiera cette autre hypothèse dans une prochaine vidéo.

Résumé : Layla de Studéo présente le premier exercice d'un sujet de BAC de chimie sur l'acide oxalique. Elle explique les concepts de base et utilise un tableau d'avancement pour déterminer si l'acide oxalique est un acide fort ou faible. Elle conclut que c'est un acide faible.

Salut, c'est Layla pour Studéo. Aujourd'hui, on va faire le premier exercice d'un sujet de BAC de l'année dernière qui est tombé en Polynésie sur le sel d'osaïe. Donc, il s'agit ici du premier exercice sur 10 points qui est un exercice de chimie où on mélange un peu de la chimie organique, de la chimie minérale parce qu'on traite beaucoup des acides et donc on va s'intéresser ici d'abord à la première partie. Donc, on vous dit que le sel d'osaïe, c'est une substance chimique qui est sous forme d'un solide cristallin blanc incolore et indolore qui extrait certaines plantes. Bon là, ça ne nous intéresse pas spécialement. Et donc, la nomenclature officielle de ce qu'on appelle le sel d'osaïe, c'est l'acide oxalique. Donc, c'est ça qu'on va étudier tout au long de ce sujet. On vous dit qu'elle est actuellement utilisée pour de nombreuses synthèses, des polymères, etc. Donc là, le but de l'exercice est de valider deux hypothèses sur le type d'acidité de cet acide. Soit c'est un acide fort, soit c'est un acide faible. C'est ça qu'on va devoir faire. Et ensuite, dans la dernière partie, on pourra retrouver la formulation de l'acide oxalique et voir à quoi il sert dans la vie courante. Donc, dans la première partie, on traite la première hypothèse qui dit que l'acide oxalique est un diacide fort. Donc, on va essayer de voir si cette hypothèse peut être vérifiée ou pas avec certaines considérations expérimentales, mais aussi avec la théorie. Donc, on vous donne l'électronégativité des atomes. Ici, vous, normalement, vous connaissez, vous savez que l'oxygène, c'est plutôt électronégatif. Carbone et l'oxygène, c'est à peu près la même chose. Et on vous donne la forme semi-développée de l'acide qu'on étudie ici. Donc, tout d'abord, on vous dit donner la définition d'une espèce acide selon Brønsted, puis justifier le terme diacide pour l'acide oxalique. Or, normalement, vous ne voyez pas beaucoup d'autres acides que les acides de Brønsted. Qu'est-ce que ça ? C'est une espèce chimique qui est capable de libérer un proton H+, et du coup, vous avez de l'autre côté une base de Brønsted qui est capable de capter un proton H+. Donc, la réaction, vous la connaissez bien, normalement, c'est HAH égale à moins plus H+. Donc, vous avez l'acide ici qui libère son proton, qui est là, et la base qui est capable de le capter. Donc, c'est ça les réactions acides bases. Alors, l'autre type d'acide auquel vous pouvez avoir affaire, c'est les acides de Lewis, qui sont liés au doublé électronique. Donc, un acide de Lewis, il va être capable de céder un doublé électronique, et une base de Lewis, elle va avoir une lacune électronique où elle va pouvoir capter un doublé électronique. C'est quelque chose qui est assez anecdotique, vous pouvez... Ce ne sont pas des petites questions comme ça, mais vous n'avez pas de réaction plus complète ou de chapitre sur ça particulièrement. Et donc là, on vous demandait également pourquoi c'est un diacide. Vous vous doutez bien, quand il y en a 10 acides, c'est qu'il y a deux acidités. Et donc là, ça veut dire qu'il peut libérer deux protons H+. Alors, regardons plus précisément où ils sont, ces protons. Ils sont en fait à ce niveau-là. Vous voyez qu'il y en a un là et un là, et c'est les deux qu'on peut libérer. Représentez la représentation de Lewis de l'acide oxalique, ainsi qu'une des deux autres formes acido-basiques. Donc, voilà la représentation de Lewis. Donc, je vous rappelle, pour les représentations de Lewis, il faut mettre tous les doublés non-liants. Alors, comment je sais que c'est comme ça ? C'est un peu à l'usage. On sait que l'oxygène, il a six électrons propres. Du coup, il veut respecter la règle de l'octet. Donc, il faut bien voir que tout ça respecte la règle de l'octet. Et l'hydrogène, je sais qu'il respecte la règle du du N. Donc, il veut s'entourer d'un doublé non-liant. Il a un seul électron propre. Or, normalement, les représentations de Lewis sur les chaînes carbonées comme ça, il n'y a pas besoin de beaucoup plus les justifier. C'est un peu toujours la même chose. On vous dit justifier le caractère acide des atomes d'hydrogène dans la molécule. Donc, on a déjà dit qu'il était capable de libérer, en fait, ces deux H là. Donc, pourquoi est-ce qu'il est aussi capable de les libérer ? C'est parce que la liaison, elle est polarisée. Vous voyez que, grosso modo, les oxygènes, ils attirent les petits électrons qui vont se situer plus du côté du haut que du côté du H. Du coup, ça va faciliter, en fait, cette paire de liaisons. Donc, si je dessine cette liaison ici, c'est ce que j'ai fait en dessous, je vais avoir un delta moins en charge et un delta plus du côté du H, parce que lui, il va avoir les électrons qui sont beaucoup plus vers lui. Et donc, ça va faciliter, vous voyez, le fait que le doublé va se décaler, il va aller sur l'oxygène et ça va libérer le H sans aucun doublé autour, donc ça va être un H+. Donner les deux couples acides bases associés à l'acide oxalique, puis donner la particularité de l'espèce chimique présente dans les deux couples. Ça, c'est des questions de cours aussi, donc on donne les deux couples, on écrit juste leur forme. A H2C2O4, HC2O4-, donc ça c'est l'acide et ça c'est la base. Et ensuite, on a dit qu'il y a une deuxième acidité, je peux perdre mon deuxième H et du coup, je vais avoir exactement la même chose, un acide et une base. Donc vous voyez qu'il y a une espèce ici qu'on retrouve, qui est celle-ci, que j'ai entourée en bleu, qui est la base du premier couple et l'acide du deuxième. Donc ça, c'est ce qu'on appelle une espèce amphothère. C'est un mot qu'il y a à connaître, qui est important en termes de vocabulaire. Au laboratoire, on mesure la valeur du pH d'une solution d'acide oxalique de concentration C0. Là, on va rentrer un peu dans les considérations expérimentales, vous voyez, et on vous donne la valeur du pH obsolue. Et donc, on souhaite modéliser la transformation chimique entre l'acide oxalique et l'eau en émettant l'hypothèse que c'est un diacide fort. Donc ça, c'est quelque chose de super important, parce que vous avez vu, c'est le nom de la partie. On a considéré que c'était un diacide fort, donc on va voir ensuite ce que ça implique. Écrire l'équation modélisant cette transformation chimique. Donc, on écrit l'équation sur l'eau, donc on voit, je l'écris A H2 plus 2 H2O. Donc, qu'est-ce qui va se passer ? Il va libérer en fait deux protons, et donc ça va me donner A de moins et H3O+, qui est la forme aqueuse de H+. Donc, c'est la partie acide de l'eau, si vous voulez. Et donc là, ce qui est très important, c'est comme j'ai dit que c'est un diacide fort, il faut surtout mettre une flèche simple qui symbolise que la réaction est totale. C'est ça que ça veut dire un diacide fort, c'est-à-dire que cette réaction-là, chimique, elle est totale. On nous demande ensuite d'en déduire la valeur de la concentration en non-oxynium H3O+, donc c'est celle-ci, et on vous dit qu'elle doit être égale à 1 10 moins 1 mol. Donc, on vous conseille de vous appuyer sur un tableau d'avancement. Alors, en général, quand on vous dit ça dans un sujet de bac, il faut évidemment le faire, c'est un peu plus qu'un conseil. Donc, il faut un peu essayer de voir qu'est-ce qui se passe pour nous. Donc, déjà, la première chose lorsque vous avez des réactions acides-basses, c'est qu'en général, on introduit de l'eau, qui est le solvant des réactions, donc il est en excès. Ça, c'est important, parce que ça veut dire que sa quantité, on ne va pas trop la suivre au cours de la réaction, ce n'est pas trop ça qui nous importe. Ensuite, ce qui est très important qu'on a dit, c'est qu'on suppose que la réaction est totale. Ça veut dire quoi ? C'est dire qu'elle se fait entièrement et qu'à la fin, je n'ai plus du tout de réactif. Qu'est-ce que ça veut dire ? Ça veut dire que l'acide oxalique, qui est le seul réactif avec l'eau, va être le réactif limitant. Ça permet de savoir quel est l'avancement maximum. Donc, je fais ce tableau d'avancement. Vous souvenez, un tableau d'avancement, vous avez toujours deux ou trois lignes, je vous l'ai dit. Alors, la ligne qui est importante, c'est l'état initial, l'état final, et parfois, on met une ligne qui est en cours d'avancement. En fait, on retrouve que c'est exactement toujours aux notations près la ligne de l'état final. C'est pour ça qu'on ne la met pas spécialement. Il ne faut pas vous étonner, faites ce que vous voulez. Si ça vous arrange d'avoir la ligne en cours d'avancement, ça peut être très bien de la faire figurer. Sinon, ce n'est pas la peine. Donc, mon avancement ici, c'est X en mol. Et donc, au cours de la réaction, je consomme mon acide et je forme A2- et 2H3O+. Et donc, on a dit que la réaction était totale, donc cet acide-là était limitant. Qu'est-ce que ça veut dire ? Ça veut dire qu'à la fin, le contenu de cette case doit être égal à zéro. Et donc, je trouve finalement Xmax, qui est C0Vsol, qui va être l'avancement maximal ici. Qu'est-ce que ça nous permet de savoir ? Ça nous permet de savoir combien on forme d'H3O+. Vous vous souvenez, on en a besoin puisqu'après, on va devoir déduire la concentration. Et donc, la concentration en H3O+, que j'ai notée NmaxH3O+, c'est 2Xmax, donc c'est 2C0Vsol. Donc ça, c'est en cédant de cette case-là du tableau, vous voyez, on voit très bien quelle est la concentration qu'on veut en H3O+. Et donc finalement, une fois que j'ai la quantité de matière, je vais pouvoir déduire la concentration. Il suffit de diviser la quantité de matière par le volume de la solution et ça me fait 2C0. Si je fais l'application numérique, je trouve que H3O+, sa concentration, c'est bien 1 fois 10 puissance moins 1 mol par litre. Finalement, on nous demande de calculer le pH théorique de la solution et de justifier ou pas l'hypothèse, enfin pardon, de justifier que l'hypothèse qu'on a faite, que l'acide oxalique c'est un acide fort, elle n'est plus valide. Donc j'utilise la formule que vous devez connaître par cœur qui est pH égale moins log de la concentration en H3O+. Du coup là, on voit assez simplement que si j'applique cette formule, je trouve un pH de 1. Jusque là, pas de problème. Il faut comparer avec ce qu'on trouve expérimentalement. Expérimentalement, on nous a dit précédemment que le pH était de 1,47. Là où on ne trouve pas le même pH, ça veut dire quoi ? Ça veut dire que notre solution est un peu moins acide que prévu. Pourquoi elle serait moins acide que prévu ? Si je remonte au tableau d'avancement en haut, ça veut dire que forcément ce X là, la quantité de H3O+, il est un peu plus faible que ce qu'on avait prévu. Donc s'il est un peu plus faible, ça veut dire forcément que ce truc là n'est pas égal à 0, donc qu'il reste à l'état final un peu de l'acide que j'ai mis au début. Donc par quoi ça se traduit ça en termes de vocabulaire du point de vue des acides basses ? Ça veut dire que ma réaction n'est pas totale. Qu'est-ce que ça veut dire qu'une réaction n'est pas totale ? C'est dire justement qu'il reste en fait des réactifs à la fin de la réaction, et du coup du point de vue des acidités, ça veut dire que ce n'est pas un acide fort. Il n'est pas complètement dissocié, il en reste un peu à la fin. Donc ça met en doute en fait la première hypothèse qu'on a faite dans cette partie, qui est dire que l'acide oxalique était un acide fort. Donc c'est la conclusion de la partie, et dans une seconde partie, dans une prochaine vidéo qu'on va voir tout de suite ensemble, on va étudier l'autre hypothèse qui est de dire que c'est du coup un acide faible. J'espère que ça vous aura été utile, n'hésitez pas à poser vos questions, et on se retrouve tout de suite pour faire la suite de ce sujet.

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