Suivez-nous
 >   >   >   > Détartrant à cafetière

Annales gratuites Bac S : Détartrant à cafetière

Le sujet  1997 - Bac S - Chimie - Exercice Imprimer le sujet
LE SUJET

Un détartrant à cafetière est commercialisé sous forme de sachets de poudre portant la seule indication : acide sulfamique. L'acide sulfamique (ou acide amidosulfurique) est considéré comme un monoacide fort de formule : NH2SO3H que l'on notera AH.

On se propose d'effectuer le dosage de cet acide, de vérifier la pureté du produit contenu dans le sachet et d'étudier son action sur le tartre. Pour cela, on pèse 1,0 g de détartrant que l'on dissout dans l'eau distillée de manière à obtenir exactement 100,0 mL d'une solution S. On prélève ensuite 20,0 mL de cette solution et on procède à son dosage par une solution titrée de soude (solution d'hydroxyde de sodium) de concentration 0,10 mol.L-1 ; ce dosage est suivi par pH-métrie (voir la courbe de votre sujet).

 

Données :
Acide sulfamique :
NH2SO3H : 97 g.mol-1 ; température de fusion : 200 °C ; solubilité : 147 g.L-1 dans l'eau froide.
Valeurs des pKa à 25° C (température de l'expérience) :
H2O/HO- :pKa = 14 ; H3O+/H2O ; pKa = 0 ;
HCO3- /CO32- : pKa = 10,2 ; CO2, H2O/HCO3 / pKa = 6,4.


1. Ecrire l'équation-bilan de la réaction qui a lieu lors de la mise en solution de l'acide sulfamique.


2.

2.1. Ecrire l'équation-bilan de la réaction chimique support du dosage.

2.2. Définir l'équivalence du dosage acido-basique.

2.3. A partir de la courbe, déterminer les coordonnées du point d'équivalence, en précisant la méthode choisie.

2.4. Déterminer à partir du dosage la quantité d'acide sulfamique contenue dans la prise d'essai, puis vérifier si l'indication portée sur le sachet est correcte.


3. On se propose d'étudier l'action de cette solution de détartrant sur un dépôt de tartre. Le tartre est essentiellement constitué d'un dépôt de carbonate de calcium, solide constitué d'ions calcium Ca2+ et d'ions carbonate.

3.1. Placer sur un axe de pKa les quatre couples acide-base du tableau de données.

3.2. Ecrire l'équation-bilan de la réaction qui se produit lorsque la solution de détartrant entre en contact avec le dépôt de tartre.

3.3. Montrer que cette réaction peut être considérée comme totale.

3.4. Dans certaines conditions, quand on utilise ce détartrant, on peut observer un dégagement gazeux . Quel est ce gaz ? Justifier sa formation.

LE CORRIGÉ

I - DONNEES DU PROBLEME

Soit :

KR constante de réaction
AH l'acide sulfamique NH2SO3H
ms la masse de détartrant dans le sachet
mAH la masse de détartrant dans V
m la masse de détartrant dans v
V le volume de solution S
v le volume prélevé
CB la concentration de soude
M (AH) la masse molaire de AH
n( ) les quantités de matière

Valeurs :

ms = 1,0 g
V = 100,0 mL
v = 20,0 mL
CB = 0,10 mol.L-1
M(AH) = 97 g.mol-1
température de fusion : 200°C
solubilité 147 g.L-1 dans l'eau froide
A 25°C, pKa (H2O/HO-) = 14
pKa (H3O+/H2O) = 0 = pKa 1
pKa (HCO3- /CO32-) = 10,2 = pKa 2
pKa (CO2 , H2O / HCO3-) = 6,4
On définit le point d'équivalence E, par son volume VE et son pH : pHE


II - RESOLUTION LITTERALE


1. pour la mise en solution, AH + H2O ® A- + H3O+

2.

2.1. Pour le dosage, H3O+ + HO- ® 2H2O (les ions A- et Na+ sont spectateurs).

2.2. A l'équivalence acido-basique, la quantité de matière d'ions hydronium, H3O+, est égale à la quantité d'ions hydroxyde, HO-.

2.3. Les coordonnées du point d'équivalence E déterminé par la méthode des tangentes, sont :
- abscisse, VE
- ordonnée, pHE.
(Valeurs données au III)

2.4. D'après l'équivalence, n(H3O+) = n(OH-)
Or n(H3O+) = n(AH) d'après le 1 et n(OH-) = n(NaOH) puisque NaOH est une base forte
donc n(AH) = n(NaOH) = CB VE et m = n(AH) M(AH)

La masse d'acide sulfamique dans la prise d'essai est donc : m = CB VE M(AH)
or, la prise d'essai (20 mL) correspond au cinquième du volume de solution S (100 mL)
donc, mAH = 5 m
mAH = 5 CB VE M(AH)


3.

3.1. Voir graphe ci-dessous



3.2. Lorsque la solution de détartrant entre en contact avec le dépôt de tartre, l'équation-bilan est :
CO32- + H3O+ HCO3- + H2O puisque l'acide le plus fort réagit avec la base la plus forte des deux couples associés à CO32- (celle du couple de pKa le plus élevé).

3.3. Par définition, car

La réaction est totale : KR > 104
L'équation bilan peut donc être écrite avec une simple flèche dans le sens 1.

3.4. On obtient un dégagement de dioxyde de carbone, CO2, puisque H3O+ peut réagir aussi sur la base HCO3- formée :


III - RESULTATS NUMERIQUES


1.    Voir II.

2.1.    Voir II.
2.2.    Voir II.
2.3.    VE = (21,0 +/- 0,2) mL
         pHE = (7,0 +/- 0,1) Incertitudes dues à la détermination graphique.
2.4.    m = 0,20 g et mAH = 1,0 g donc l'indication portée sur le sachet est correcte puisque mAH est égale à mS.

3. 1.    Voir II.
3.2.    Voir II.
3.3.    KR = 1010,2 >> 104 Donc la réaction peut être considérée comme totale.
3.4.    Voir II.

2021 Copyright France-examen - Reproduction sur support électronique interdite