pKa - Académie d`Orléans-Tours
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1. TS Th me comprendre ECE On n attrape pas les fines mouches de TS avec du vinaigre Comp tences exigibles du B O R action chimique par change de proton Le pH d finition mesure Th orie de Br nsted acides faibles bases faibles notion d quilibre couple acide base constante d acidit Ka une d marche d terminer une Mettre en uvre exp rimentale pour constante d acidit T ches r aliser par le candidat Dans ce sujet on demande au candidat de e Proposer une liste de verrerie permettant de mesurer le pH de deux m langes acide base e Le r aliser e Exploiter les mesures obtenues en d terminant le pKa du couple acide base Comp tences valu es Coefficients respectifs Cette preuve permet d valuer les comp tences e Analyser ANA coefficient 2 e R aliser REA coefficient 2 e Valider VAL coefficient 2 Pr paration du poste de travail Pr voir e Imprimer l avance les solutions partielles ou totales pour les l ves en grande difficult e Imprimer la courbe pr par e pH f log A AH avec l nonc e Imprimer un protocole d talonnage du pH m tre D roulement de l preuve Gestion des diff rents Minutage conseill e Analyser 20 min conseill es e R aliser 20 min conseill es e Valider 20 min conseill es I est pr vu 3 appels obligatoires de la part du candidat Lors de l a2. Acad mie d Orl ans Tours Eric Br geras 3 TRAVAIL A EFFECTUER 1 Analyse du probl me 1 1 A partir du mat riel pr sent sur votre paillasse et en tenant compte de la pr cision attendue pr ciser pour chaque m lange r aliser la verrerie utilis e ainsi que son volume Pour limiter le nombre de manipulations il faudra r aliser chaque pr l vement en utilisant qu un seul instrument de verrerie M lange 1 M lange 2 Violution de AH mL 25 0 5 0 V solution de a mL 10 0 20 0 Veau distill e m L 20 20 M lange 1 APPEL N 1 Appeler le professeur pour lui pr senter la r ponse ou en cas de difficult 2 R alisation des m langes et mesure du pH pH m tres ne pas talonn s Pr parer les deux m langes et effectuer pour chacun d eux une mesure de pH On pr cise que les Remplir ensuite le tableau suivant M lange 1 M lange 2 M lange 3 M lange 4 V solution de AH ML 25 0 5 0 25 0 5 0 V solution de a ML 10 0 20 0 5 0 10 0 Veau distill e m L 20 20 20 20 DEL ME esee C E 4 0 5 0 APPEL N 2 Appeler le professeur pour qu il assiste aux m langes et la mesure de pH ou en cas de difficult Acad mie d Orl ans Tours Eric Br geras 3 Exploitation 3 1 Sachant que A V remplir le tableau suivant aH Va M lange 1 M lange 2 M
3. courbe pr par e pH f log A AH 2 Particularit s du sujet conseils de mise en ceuvre RAS M XX s enn Acad mie d Orl ans Tours Eric Br geras 2 Comp tences travaill es capacit s et attitudes gt ANA proposer une strat gie pour r pondre un probl me pos proposer un ANA REA VAL protocole exp rimental gt REA r aliser un dispositif exp rimental ma triser certains gestes techniques gt VAL exploiter et interpr ter des mesures analyser les r sultats obtenus CONTEXTE Le vinaigre est aussi vieux que la civilisation elle m me peut tre plus Les bact ries qui transforment l thanol en acide ac tique sont pr sentes partout dans le monde et toute culture fabriquant la bi re ou le vin a in vitablement d couvert le vinaigre r sultat naturel de l volution de ces boissons alcoolis es laiss es l air libre Les anciens romains faisaient bouillir le vin aigre dans des r cipients de plomb pour produire un sirop tr s sucr le sapa ou sucre de plomb qui provoqua de nombreux empoisonnements au plomb dans l aristocratie romaine Partons la d couverte de cet acide particulier DOCUMENTS A VOTRE DISPOSITION Document 1 Composition du vinaigre t Bien connu pour ses qualit s gustatives le vinaigre est aussi utilis aujourd hui comme produit m nag
4. lange 3 M lange 4 AH E E miursu 0 20 2 0 f AC m n 0 70 0 30 f APPEL N 3 Appeler le professeur pour lui pr senter le graphique ou en cas de difficult A 3 3 Pour quelle valeur de zi 3 a t on pH pK AH 3 5 Le pK du couple CH COOH CH4COO est gal 4 8 25 C Comparer la valeur obtenue exp rimentalement et la valeur attendue A 3 6 Donner l quation de la courbe pH f od EF Justifier AH APPEL N 4 Appeler le professeur pour lui pr senter le calcul ou en cas de difficult Acad mie d Orl ans Tours Eric Br geras 5 Eric Br geras Acad mie d Orl ans Tours Le candidat est en situation d valuation l examinateur ne doit pas fournir d explicitation des erreurs ni de la d marche conduire Ses interventions sont pr cises elles servent de relance pour faire r agir le candidat ou bien pour lui permettre d avancer pour tre valu sur d autres comp tences Les erreurs d tect es par le professeur en continu ou lors d un appel sont forc ment suivies d un questionnement ouvert si ces erreurs conduisent l l ve une impasse 1 Analyse du probl me La comp tence ANA est mobilis e et valu e lors de l appel 1 Le crit re retenu pour l valuation de la comp tence ANA est le suivant Faire un choix pr cis de mat riel compte tenu de la pr cision attendue Le candidat doit tre ca
5. 0 5 0 V solution de a ML 10 0 20 0 5 0 10 0 Veau distill e ML 20 20 20 20 pH 4 3 5 3 4 0 5 0 3 Exploitation des mesures La comp tence VAL est mobilis e et valu e lors des appels 3 et 4 Les crit res retenus pour l valuation de la comp tence VAL sont les suivants exploiter des mesures tracer une courbe et la mod liser v rifier la coh rence des r sultats obtenus avec ceux attendus Le candidat doit tre capable de calculer le logarithme du rapport Base Acide A de tracer la courbe pH f lo la sur l annexe fournie AH d appliquer la formule pour retrouver graphiquement le pK de comparer le pK obtenu avec la valeur attendue calcul d cart relatif attendu de retrouver l quation de la droite obtenue Lors de l appel 3 ont v rifiera le graphique obtenu et lors de l appel 4 on v rifiera l exploitation L examinateur pourra n anmoins observer en continu les candidats pendant la phase d exploitation Si n cessaire il interviendra oralement sous forme de questions et de facon tr s ponctuelle Les candidats ne seront alors pas p nalis s De la m me fa on un candidat demandant une aide tr s cibl e et bien explicit e ne le sera pas non plus Dans tous ces cas le niveau A pour le domaine de comp tences VAL est obtenu Si le candidat r alise l ensemble de l exploitation demand e de mani re satisfaisante mais avec quelques interventions de l examinateur concernant
6. andant une aide tr s cibl e et bien explicit e ne l est pas non plus Dans tous ces cas le niveau A pour le domaine de comp tences REA est obtenu Si malgr les questions ouvertes le candidat ne parvient pas mettre en uvre le protocole propos l examinateur lui fournit une solution partielle le niveau acquis est le niveau B Si le candidat est nouveau bloqu le professeur lui fournit une nouvelle r ponse partielle Si celle ci permet de le d bloquer et que celui ci poursuit la manipulation le niveau acquis est le niveau C S il est toujours bloqu le niveau est alors D Exemples de solutions partielles Solution partielle 1 REA Attention r gler pr alablement le pH m tre avant toute mesure Attention aux conditions d utilisation de la verrerie pensez vous arr ter 25 mL lors de l utilisation de la burette Solution partielle 2 REA Etalonner correctement le pH m tre avec les deux solutions tampons pH 4 puis pH 7 Lors des pipetages prenez comme niveau de r f rence le bas du m nisque Exemple de solution totale REA Bien rincer la burette et la pipette utilis e avec la solution pr lev e Agiter correctement en utilisant l agitateur magn tique lors de la mesure du pH a Acad mie d Orl ans Tours Eric Br geras 8 Valeurs obtenues que l on pourra fournir si besoin M lange 1 M lange 2 M lange 3 M lange 4 V solution de aH ML 25 0 5 0 25
7. er pour ses propri t s d sinfectantes et d tartrantes Il est fabriqu par oxydation t naturelle de l thanol pr sent dans le vin ou le cidre Son pH est compris entre 2 0 et 3 0 et il contient majoritairement de l acide thano que de formule CHCOOH L acide thanoique not e AH voir mol cule ci contre est un acide faible Sa base conjugu e not e A est l ion thanoate de formule CH3COO Document 2 M lange d un acide faible et de sa base conjugu e En l absence d autres acides ou bases le m lange d une quantit n AH d un acide faible et d une quantit n A de sa base conjugu e dans l eau conduit l quilibre chimique suivant CHCOOH aq CH amp COO aq CHCOOH aq CH COO aq Ainsi les concentrations des deux esp ces ne varient pas et restent gales aux concentrations initiales dans le n AH n A HE je JA m lange m lange m lange AH Document 3 Constante d acidit K d un couple Acide AH Base A l so La valeur du rapport mU est constante une temp rature donn e et porte le nom de constante f d acidit not K Le pK est d fini par pK log Ka La relation qui lie le pH et le pK du couple HA A est alors H pK lo p PK st Le pK d un couple peut tre d termin graphiquement en mesurant le pH de diff rentes solutions obtenues par des m langes de volumes variables de l acide et de sa base conjugu e
8. pable d expliquer et justifier le choix de la verrerie utilis e pour les m langes L examinateur value globalement ce que lui pr sente le candidat attend de la part de celui ci qu il propose un choix de verrerie pertinent pour faire les m langes des deux solutions Si certains points sont flous ou non pr sents l examinateur pourra les faire pr ciser au candidat l aide de questions ouvertes L examinateur attend que le candidat sache corriger seul une maladresse ou apporte seul un compl ment au protocole lors des appels Si le candidat y parvient le niveau acquis pour ANA est le niveau A Si malgr le questionnement ouvert de l examinateur le choix de mat riel n est pas satisfaisant l examinateur fournit au candidat une solution partielle adapt e en fonction des besoins du candidat Le niveau acquis est alors le niveau B Le niveau acquis est C si l examinateur doit apporter au candidat des r ponses partielles pour parvenir terminer la t che demand e Si le candidat ne parvient pas tablir le protocole demand partir des solutions partielles l examinateur lui donne la solution totale Le niveau acquis est le niveau D Exemples de solutions partielles Solution partielle 1 ANA Il faut utiliser la burette sur le volume de 25 mL sachant que l on ne dispose pas de pipette de 25 mL Solution partielle 2 ANA Choisir pr f rentiellement les pipettes jaug es aux pipettes gradu es et on mesure le vol
9. ppel 1 l examinateur v rifie la coh rence de la verrerie propos e Lors de l appel 2 l examinateur v rifie que le candidat effectue correctement ses deux m langes apr s avoir pr alablement fait l talonnage du pH m tre Lors de l appel 3 l examinateur v rifie que le candidat est capable d exploiter ses mesures appels Hn afin de tracer la caract ristique demand e Le professeur observe le candidat en continu Dans la partie r aliser le professeur est attentif la facon dont le candidat volue dans l environnement du laboratoire organise son poste de travail utilise le mat riel avec pertinence respecte les proc dures et les regles de s curit RAS Remarques Acad mie d Orl ans Tours Eric Br geras 1 Pour chaque poste Paillasse l ves 1 flacon de 100 mL d acide ac tique 1 0 10 mol L 1 flacon de 100 mL d ac tate de sodium 1 0 10 mol L 5 b chers de 100 mL 1 pot poubelle pissette d eau distill e 1 burette gradu e de 25 mL 1 agitateur magn tique et son turbulent 1 prouvette gradu e de 25 mL 1pHmetre 2 solutions talons pH 7 et pH 4 papier Joseph 1 pipette jaug e de 20 10 et 5 mL pipettes gradu es Barreau aimant sur tige Paillasse professeur flacon d acide ac tique flacon d ac tate de sodium Ofeutres permanents distribu s Documents mis disposition des l ves mode d emploi pH m tre
10. ume d eau ajout avec moins de pr cision Exemple de solution totale ANA On utilise la burette gradu e pour pr lever l acide 25 et 5 mL et les pipettes jaug es de 10 et 20 mL pour la base Utiliser l prouvette gradu e pour rajouter les 20 mL d eau Acad mie d Orl ans Tours Eric Br geras 7 2 R alisation du protocole propos La comp tence REA est mobilis e et valu e lors de l appel 2 Le crit re retenu pour l valuation de la comp tence REA est le suivant Faire correctement sous agitation les deux m langes ainsi que les mesures de pH respectives Le candidat doit tre capable de pipeter correctement un volume donn en respectant le m nisque apr s avoir rinc pr alablement la pipette avec la solution remplir correctement la burette gradu e en tenant du compte du m nisque apr s avoir rinc pr alablement avec la solution talonner le pH m tre avec les deux solutions tampons mettre l agitateur magn tique en marche lors de la mesure pH m trique ne donner les r sultats num riques qu avec seulement deux chiffres significatifs L examinateur observe en continu les candidats pendant la mise en ceuvre du protocole Si n cessaire il intervient oralement sous forme de questions et de facon tr s ponctuelle pour r guler leur mise en ceuvre l utilisation adapt e du mat riel et dans ce cas les candidats ne sont pas p nalis s De la m me fa on un candidat dem
11. une difficult ou erreur non identifi e au d part par le candidat mais r solue ensuite par celui ci apr s un questionnement le niveau acquis est B Si le candidat reste bloqu dans l exploitation de ces mesures malgr les questions pos es par l examinateur des l ments de solutions lui sont apport s oralement ou l aide de solutions partielles ce qui lui permet de poursuivre la t che Le niveau acquis est alors C Si malgr l aide apport e le candidat est toujours en chec le niveau acquis est le niveau D Une caract ristique pr par e l avance lui est fournie Exemples de solutions partielles Solution partielle 1 VAL je n ai pas r ussi compl ter le tableau M lange 1 M lange 2 M lange 3 M lange 4 IE 0 20 2 0 an 0 40 4 0 j log 7 31 0 40 0 60 0 70 0 30 AH Acad mie d Orl ans Tours Eric Br geras 9 Solution partielle 2 VAL je n ai pas r ussi tracer le graphique sd USE xA CC o8L UD o2 o of og 4 d MM 1 Acad mie d Orl ans Tours Eric Br geras 10
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