Annales Bac S : Etude de la vitamine c

L'acide ascorbique, couramment dénommé vitamine C, est un réducteur naturel que l'on qualifie usuellement d'antioxydant. On le trouve dans de nombreux fruits et légumes. Une carence prolongée en vitamine C favorise le scorbut. On a montré que la vitamine C peut prévenir des petits maux quotidiens tels que le rhume ainsi qu'aider dans le traitement de certains cancers.
En pharmacie il est possible de trouver l'acide ascorbique, par exemple sous forme de comprimés "de vitamine C 500".

Pour simplifier, l'acide ascorbique, de formule brute C₆H₈O₆, sera désigné par HA dans la suite de l'exercice.
Dans cette étude, on envisage la réaction très rapide entre une solution aqueuse d'acide ascorbique de concentration molaire en soluté apporté C_A = 1,00 x 10^-2 mol.L^-1 et une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de concentration molaire en soluté apporté C_B  = 2,00 x 10^-2 mol.L^-1.
Le volume initial de la solution aqueuse d'acide ascorbique est V_A = 20,0 mL et on note V_B le volume de la solution aqueuse d'hydroxyde de sodium versée.

1.1  Ecrire l'équation traduisant cette réaction.

1.2  On étudie le mélange, à 25°C, lorsque l'on a versé V_B = 5,0 mL de solution aqueuse d'hydroxyde de sodium.
  1.2.1  Le pH du mélange est alors égal à 4,0. En déduire la concentration en ions oxonium H₃O⁺ dans ce mélange.
  1.2.2  Calculer la concentration en ions hydroxyde dans ce mélange. En déduire la quantité n_f(HO^-) d'ions hydroxyde présents à l'état final dans ce mélange.
On donne le produit ionique de l'eau à 25°C : K_e =  1,0 x 10^-14.
  1.2.3  Dans l'annexe à rendre avec la copie, compléter le tableau 1 descriptif de la réaction chimique entre l'acide ascorbique et les ions hydroxyde. En déduire la valeur numérique de l'avancement final x_F.
  1.2.4  La transformation est-elle totale ? La réaction associée à cette transformation peut-elle servir de support au dosage d'une solution aqueuse d'acide ascorbique par une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium ?

On écrase un comprimé de "vitamine C 500" dans un mortier. On dissout la poudre dans un peu d'eau distillée et on introduit l'ensemble dans une fiole jaugée de 100,0 mL ; on complète avec l'eau distillée. Après homogénéisation, on obtient la solution S.
On prélève un volume V_A = 10,0 mL de la solution S que l'on dose avec une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de concentration molaire en soluté apporté C_B = 2,00 x 10^-2mol.L^-1 en présence d'un indicateur coloré convenablement choisi. L'équivalence est obtenue pour un volume de solution aqueuse d'hydroxyde de sodium V_BE = 14,4 mL.

2.1  Représenter un schéma annoté du dispositif pour réaliser ce tirage.

2.2  Quel indicateur coloré doit-on choisir parmi les trois proposés ci-après ?
On pourra s'aider de la courbe donnée sur la figure 2 de l'annexe à rendre avec la copie pour justifier la réponse à cette question. Cette courbe à été obtenue à partir d'un logiciel de simulation, indépendamment des quantités dosées dans l'exercice.
On donne la zone de virage de quelques indicateurs colorés :

2.3  Définir l'équivalence.

2.4  Calculer la quantité d'acide ascorbique dans les10,0 ml de solution tirée en utilisant les données introductives de la question 2.

2.5  En déduire la masse en m, en mg, de l'acide ascorbique contenu dans un comprimé.
Expliquer l'indication du fabricant "vitamine C 500".
On donne les masses molaires atomiques en g.mol :
M(C) = 12,0 ; M(H) = 1,0 ; M(O) = 16,0 

La formule semi-développée de l'acide ascorbique est la suivante :

Les propriétés acido-basiques de cette molécule sont dues à l'hydrogène du groupe caractéristique (ou fonctionnel) entouré par un cercle. Cette molécule possède d'autres groupes caractéristiques.

A quelle famille de composés correspondent respectivement les groupes caractéristiques (ou fonctionnels) encadrés dans la formule de l'acide ascorbique et notés (1) et (2) ?