Le lait

BAC BLANC n° 2

ANNEE 2011-2012

PHYSIQUE-CHIMIE

DURÉE DE L’ÉPREUVE : 3 h 30

Il sera tenu compte de la qualité de la présentation et de l’expression des résultats numériques en fonction de la précision des données fournies dans l’énoncé ( emploi correct des chiffres significatifs )

Exercice 1 : CHIMIE (8 pts) dont 4 pts de SPECIALITE

Exercice 2 : ELECTRICITE (8 pts)

Exercice 3 : LA HOULE (4 pts)

Exercice n° 1 : CHIMIE (8 pts)

Chaque partie est notée sur deux points.

Les parties III et IV, compteront à la fois pour les moyennes en obligatoire et en spécialité.

Lorsqu’il est frais, le lait est légèrement acide (pH = 6,7), mais il ne contient pas d’acide lactique.

Au cours du temps, une partie du lactose du lait se transforme lentement en acide lactique sous l’action de bactéries. Ainsi, moins un lait est frais et plus son acidité totale augmente. La mesure de l’acidité permet donc d’évaluer l’état de fraîcheur d’un lait. Si l’acidité devient trop importante, les protéines du lait précipitent : le lait est alors « caillé ».Si un litre de lait contient moins de 1,8 g d’acide lactique, il est considéré frais.

On se propose de déterminer la teneur en acide lactique d’un lait par titrage colorimétrique, après l’étude rapide du couple acide lactique / ion lactate et d’une courbe pH-métrique. Pour terminer cette étude, il vous sera demandé de prévoir la courbe de suivi conductimétrique du titrage de l’acide lactique par l’hydroxyde de sodium.

I. Préliminaires : étude rapide du couple acide lactique / ion lactate

L’acide lactique, noté HA, en présence d’eau réagit pour former l’ion lactate.

La constante d’équilibre, associée à cette réaction, est notée Qr,éq et vaut 1,3.10-4.

1) Ecrire l’équation chimique, associée à la réaction entre l’acide lactique et l’eau.

2) En déduire l’expression littérale de Qr,éq.

Dans un erlenmeyer, on effectue un mélange (de volume total 1,0 L), en ajoutant :

- 1,0 mmol d’acide lactique

- 2,0 mmol d’ions lactate

- 4,0 mmol d’ions oxonium

- de l’eau distillée

3) Dans quel sens évolue la transformation chimique ? Justifier.

II. Etude d’une courbe pH-métrique

Lors de la lecture d’un livre de chimie, les élèves voient une courbe pH-métrique illustrant la réaction chimique entre l’acide lactique et l’hydroxyde de sodium ( ou soude ). Cette courbe figure en annexe de l’exercice de chimie. Voici les données relatives à cette courbe pH-métrique :

- acide lactique ( noté HA ) : VA = 10,0 mL et CA = 1,00.10-2 mol.L-1

- hydroxyde de sodium ( Na+(aq) + HO-(aq) ) versé : CB = 8,00.10-3 mol.L-1

A partir de cette courbe et des données ci-dessus :

1) Déterminer le pH à l’équivalence. ( tout tracé doit figurer sur la courbe en annexe )

2) Déterminer le volume équivalent VE.

3) A partir ce cette valeur de VE et des données, montrer qu’il s’agit d’une réaction totale.

4) A partir de la courbe, déterminer la valeur du pKa du couple acide lactique / ion lactate. Expliciter la méthode.

5) Quel indicateur coloré, parmi ceux proposés ci-dessous, faut-il utiliser lors d’un titrage colorimétrique de l’acide lactique par l’hydroxyde de sodium ? Justifier.

Indicateur coloré couleur acide zone de virage couleur basique pKa

hélianthine jaune orangé 3,1 - 4,4 rouge 3,7

vert de bromocrésol jaune 3,8 - 5,4 bleu 4,7

bleu de bromothymol jaune 6 - 7,6 bleu 7

phénolphtaléine incolore 8,2 - 10 fuschsia 9,4

III. Réalisation du titrage colorimétrique (SPECIALITE) :

Dans un erlenmeyer, il est introduit

• 250 mL de lait prélevé à l’aide d’une éprouvette graduée

• quelques gouttes d’indicateur coloré ( préalablement choisi à la question II.5) )

Puis le montage permettant de titrer par suivi colorimétrique l’acide lactique avec l’hydroxyde de sodium est réalisé.

1) Sur votre copie, schématiser le montage utilisé lors de ce titrage colorimétrique de l’acide lactique par l’hydroxyde de sodium. (sans oublier la légende… et ce qui est indispensable pour bien repérer l’équivalence)

2) Ecrire l’équation chimique relative à ce titrage.

3) Définir la notion d’équivalence.

4) Quel changement de couleur permettra de repérer l’équivalence lors de ce titrage colorimétrique ?

Pour mieux déterminer le volume à l’équivalence, on réalisera deux titrages : un rapide, et un précis.

Lors du premier titrage rapide, le volume équivalent est estimé à 16 mL.

5) Que faîtes-vous, en pratique, lors du titrage précis pour trouver le volume équivalent ?

Après ce titrage précis, le volume équivalent est égal à : V’E = 15,0 mL.

L’hydroxyde

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