BAC 2004 Polynésie Exercice 1 Chimie "Aïe j'ai une crampe ...

BAC 2004 Polynésie Exercice 1 Chimie "Aïe j'ai une crampe"
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1. pH du sang et maintien de sa valeur
1.1.a) CO 2 , H 2 O (aq) + H 2 O (l) = HCO 3 – (aq) + H 3 O + (aq) K A1 =
pKa 1 = – log Ka 1 = – log
pKa 1 = – log
pKa 1 = – log
pH = pKa 1 + log
1.1.b) log
[ HCO ( aq)]
[ CO , H O(
aq)]
2
−
+
[ HCO3
( aq)]
éq.[
H3O
( aq)]
[ CO , H O(
aq)]
éq
2
2
éq
3 − éq
– log [H 3 O + (aq)] éq
2
[ HCO ( aq)]
[ CO , H O(
aq)]
2
3 − éq
+ pH
2
éq
[ HCO3 − ( aq)]
éq
[ CO , H O(
aq)]
2
2
[ HCO ( aq)]
[ CO , H O(
aq)]
2
[ HCO ( aq)]
[ CO , H O(
aq)]
2
éq
éq
éq
3 − éq
= pH – pKa 1
2
3 − éq
= 10 pH–pKa1 = 10 7,4 – 6,1 = 10 1,3
2
[ HCO ( aq)]
[ CO , H O(
aq)]
2
3 − éq
= 20
2
éq
1.1.c) Si [CO 2 , H 2 O (aq) ] augmente alors le rapport
On a établi que pH = pKa 1 + log
[ HCO3 − ( aq)]
éq
[ CO , H O(
aq)]
2
2
éq
éq
[ HCO ( aq)]
[ CO , H O(
aq)]
2
3 − éq
diminue.
2
éq
Calculatrice autorisée
−
+
[ HCO3
( aq)]
éq.[
H3O
( aq)]
[ CO , H O(
aq)]
diminue
Donc le pH doit diminuer, c'est d'ailleurs ce qu'indique le texte: "diminution locale du pH sanguin du fait
de la création en abondance de dioxyde de carbone dissous dans le sang".
1.2.a) Au voisinage du poumon, l'équilibre 2 est déplacé dans le sens de la consommation de O 2 . La
réaction 2 a lieu majoritairement en sens inverse. L'hémoglobine se charge de dioxygène.
1.2.b) Au voisinage du muscle, l'équilibre 2 est déplacé dans le sens de la consommation de CO 2 . La
réaction 2 a lieu majoritairement en sens direct.
1.2.c) Lors d'un effort l'hémoglobine réagit avec le dioxyde de carbone, il y a formation de HbCO 2 , ainsi
elle empêche une augmentation de [CO 2 , H 2 O (aq) ] et empêche une baisse du pH.
La respiration, donc l'apport de O 2 , permet à l'hémoglobine de se "régénérer": elle libère du CO 2 au niveau
des poumons et se recharge en O 2 . Ensuite HbO 2 est acheminée par le flux de sang vers les muscles, où il y
a libération de O 2 et capture de CO 2 .
2
2
éq
éq
2. L'acide lactique
2.1.
H
H
O
groupe carboxyle
H
C
C
C
groupe hydroxyle
H
O
H
O
H
2.2. Un acide est une espèce chimique capable de céder un ou plusieurs protons H + .
2.3. CH 3 –CHOH–COOH (aq) + H 2 O (l) = CH 3 –CHOH–COO – (aq) + H 3 O + (aq).
L'acide lactique cède un proton à la molécule d'eau.

2.4. Couple Ox / Réd: acide pyruvique / acide lactique
CH 3 –CO–COOH / CH 3 –CHOH–COOH
soit en formules brutes: C 3 H 4 O 3 / C 3 H 6 O 3
demi-équation électronique: : C 3 H 4 O 3 + 2 e – + 2H + = C 3 H 6 O 3
L'acide pyruvique est le réactif et c'est l'oxydant; l'acide lactique est le produit et c'est le réducteur.
Il y a donc passage de l'oxydant au réducteur : c'est une réduction qui a lieu dans la cellule musculaire.
3. Variation locale du pH sanguin en l'absence des processus de maintien
3.1. réaction 3:
–
CH 3 –CHOH–COOH (aq) + HCO 3 (aq) = CH 3 –CHOH–COO – (aq) + CO 2 ,H 2 O (aq)
[ lactate] éq.[ CO2, H
2O( aq)]
éq
la constante d'équilibre de cette réaction a pour expression K =
−
[ acide lactique] .[ HCO ( aq)]
On a la réaction de l'acide lactique avec l'eau:
CH 3 –CHOH–COOH (aq) + H 2 O (l) = CH 3 –CHOH–COO – (aq) + H 3 O + (aq).
+
[ lactate]
éq.[
H3O
( aq)]
éq
avec Ka 2 =
[ acide lactique]
On a la réaction de l'acide carbonique avec l'eau:
CO 2 , H 2 O (aq) + H 2 O (l) = HCO – 3 (aq) + H 3 O + (aq)
−
[ HCO3
( aq)]
éq.[
H3O
]
avec Ka 1 =
[ CO , H O(
aq)]
On remarque que K =
Ka
2
10−pKa
2
=
Ka
1
1 10−
pKa
2
2
éq
+
éq
= 10 (pKa1–pKa2) = 10 (6,1–3,6) = 10 2,5
Soit K = 3,2.10 2
3.2. acide lactique ion lactate
Avancement AH (aq) + HCO – 3 (aq) = A – (aq) + CO 2 ,H 2 O (aq)
État initial
n 1 = [HCO – 3 ] i × V
n 3 =[CO 2 ,H 2 O] i × V
x= 0
n
n (mol)
0 = 3.10 –4 = 2,7.10 –2 × 0,100
n
n 1 = 2,7.10 –3
0
3 = 1,4.10 –3 ×
0,100
n 1 = 27.10 –4 n 3 = 1,4.10 – 4
État intermédiaire
x
n 0 – x n 1 – x x n 3 + x
État final
x = x max = 3.10 – 4 0 24.10 – 4 x max = 3.10 – 4 1,4.10 – 4 + x max =
4,4.10 – 4
Si AH est réactif limitant alors n 0 – x max = 0 alors x max = 3.10 –4 mol
Si HCO – 3 est réactif limitant alors n 1 – x max = 0 alors x max = 27.10 –4 mol.
AH est donc réactif limitant car il conduit à l'avancement maximal le plus faible, x max = 3.10 –4 mol.
3.3. [HCO 3 – ] f =
[CO 2 ,H 2 O] f =
dissous.
n
3
n
1
− x
V
+ x
V
max
max
=
−4
24.10
= = 2,4.10 –2 mol.L –1
0,100
4
4
−
,4.10
0,100
3.4. D'après le 1.1.a) pH = pKa 1 + log
éq
= 4,4.10 –3 mol.L –1 à cause de la réaction, il y a davantage de CO 2
[ HCO3 − ( aq)]
éq
[ CO , H O(
aq)]
2,4.10−
2
pH = 6,1 + log
4,4.10−3
pH = 6,8 après effort
2,7.10−
2
avant effort pH = 6,1 + log = 7,4 on vérifie bien que le pH a diminué.
1,4.10−3
2
2
éq
éq
3
éq