Vérifier l’étiquette d’un vinaigre par dosage acido-basique
Au laboratoire du lycée, un élève veut vérifier l’étiquette d’un vinaigre local. Il prélève 10,0 mL de vinaigre, les dilue dans une fiole jaugée de 100,0 mL, puis dose 20,0 mL de cette solution par une solution d’hydroxyde de sodium de concentration 0,100 mol/L. L’équivalence est repérée à 18,2 mL avec la phénolphtaléine. Un camarade utilise le bleu de bromothymol, dont la zone de virage se situe autour de pH 6,0–7,6, et trouve 17,4 mL. L’étiquette indique 8°, c’est-à-dire 8 g d’acide acétique pour 100 mL. Le professeur rappelle que l’acide acétique a pour formule CH3COOH et une masse molaire de 60 g/mol, et que l’ion acétate est une base faible. Le groupe doit rendre un résultat unique, indiquer si l’étiquette est trompeuse et expliquer le désaccord entre les deux dosages.
1. Calculer la masse d’acide acétique contenue dans 100 mL de vinaigre commercial à partir du dosage à la phénolphtaléine. Comparer à l’étiquette.
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La quantité d’hydroxyde de sodium versée à l’équivalence est n(NaOH) = 0,100 × 0,0182 = 1,82×10⁻³ mol. L’équation CH3COOH + OH⁻ → CH3COO⁻ + H2O montre que 1 mol d’acide réagit avec 1 mol de base. Les 20,0 mL dosés contiennent donc 1,82×10⁻³ mol d’acide. La fiole de 100,0 mL en contient 5 fois plus : 9,10×10⁻³ mol. Cette quantité provient des 10,0 mL de vinaigre, donc la concentration du vinaigre est 9,10×10⁻³ / 0,0100 = 0,910 mol/L. La masse d’acide par litre vaut 0,910 × 60 = 54,6 g/L, soit 5,46 g pour 100 mL. L’étiquette annonce 8 g : l’écart est de 2,54 g, soit environ 32 % de moins. Le vinaigre est donc nettement moins acide que ne le dit l’étiquette.
2. Expliquer pourquoi le pH à l’équivalence n’est pas 7 et pourquoi le bleu de bromothymol donne un volume plus faible.
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À l’équivalence, l’acide acétique a été neutralisé, mais il reste l’ion acétate CH3COO⁻, qui est une base faible. Sa réaction avec l’eau libère des ions hydroxyde et rend la solution basique : le pH à l’équivalence est supérieur à 7, souvent voisin de 8 à 9 selon les concentrations. La phénolphtaléine, qui vire dans cette zone, convient donc. Le bleu de bromothymol vire autour de pH 6,0–7,6, donc avant l’équivalence : la solution n’est pas encore totalement neutralisée quand la couleur change. On lit alors un volume plus faible, 17,4 mL au lieu de 18,2 mL, et on sous-estime l’acidité. Le bon indicateur est celui dont la zone de virage encadre le pH à l’équivalence, pas celui qui vire à pH 7.
3. Quel résultat le groupe doit-il publier ? L’étiquette est-elle acceptable si la tolérance réglementaire est de ±10 % ?
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Le résultat à retenir est celui obtenu avec un indicateur adapté : environ 5,5 g d’acide acétique pour 100 mL, soit 5,5°. L’incertitude de lecture sur le volume et celle de la verrerie sont faibles devant l’écart observé. La tolérance de ±10 % autour de 8 g donne un intervalle acceptable de 7,2 à 8,8 g. La valeur trouvée, 5,5 g, est très en dessous : l’étiquette n’est pas acceptable. Le dosage au bleu de bromothymol ne doit pas servir à trancher, car il sous-estime systématiquement le volume équivalent. Avant de conclure à une fraude, le groupe doit cependant vérifier la calibration de la burette, la température et l’homogénéité du vinaigre, puis refaire un dosage. La conclusion raisonnable est : étiquette non conforme, résultat à confirmer par un second essai.