Chimie Titrage des ions carbonate dans une eau minérale Chap.2 Barème et NOTE :

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30/03/2020 C02_Titrage_carbonate_traitement_eaux_Probleme.doc 1/4

NOM : ... Prénom : ... Classe : TS …..

Spécialité Thème : Eau et ressources Problème

Chimie Titrage des ions carbonate dans une eau minérale Chap.2

Barème et NOTE : Critère A = 2 : Critère B = 1 : Critère C = -1 ; Critère D = -2

Analyser Réaliser Valider Problème Communiquer

NOTE

Critère A-B-C-D A-B-C-D A-B-C-D A-B-C-D A-B-C-D

.../20

Coefficient 4 2 4 2 2

 NOTE = ENT( 20

4  SCF (SOMMEPROD((critère);(coefficient))+ 2  SCF)) où ENT est la partie entière du nombre et SOMMEPROD la somme des produits entre le critère et le coefficient et SCF la somme des coefficients

Matériel et produits disponibles au lycée :

Bureau Elèves

 Acide chlorhydrique à 1,0  10^-2 mol.L^-1

 Eau d’Hépar

 2 béchers

 Indicateurs colorés (phénolphtaléine, BBT, hélianthine)

 Petits pots

 1 feutre

 Pipettes jaugées de 20,0 mL

 Burette graduée de 25,0 mL

 Agitateur magnétique et barreau aimanté

 pH-mètre déjà étalonné

 2 béchers de 100 mL

 2 petits pots

 Verre à pied

 Eprouvette graduée de 25 mL Détermination du point d’équivalence par la méthode des tangentes :

http://theobromine.uchini.be/video/methode-tangente.swf

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Travail expérimental : titrage des ions carbonate dans une eau minérale

 Objectif : Déterminer, en utilisant un dosage colorimétrique, la quantité d’ions hydrogénocarbonate contenue dans une eau de boisson puis comparer avec l’indication portée sur l’étiquette.

Rappels

 Un acide (souvent noté AH) est une espèce chimique qui donne un ou plusieurs protons H⁺: AH  A^- + H⁺

 Une base (souvent noté A^-) est une espèce chimique qui capte un ou plusieurs protons H⁺: A^- + H⁺ AH

 Les deux espèces chimiques forment un couple acide/base noté généralement AH/A^- (la forme acide d’abord).

 On rappelle qu’un couple acide base HA/A^- est caractérisé par son pKA (donné par les tables) et que le rapport des concentrations de ces deux espèces est relié au pH de la solution aqueuse par la relation :

pH= pKA + log

 [A^-] [HA]

1. Etude théorique - Analyser

1.1. Les ions hydrogénocarbonate HCO³^- appartiennent aux couples acide-base : CO², H²O/HCO³^-(aq) et HCO³^-(aq)/CO³^2-(aq). Les ions hydrogénocarbonate HCO³^- sont amphotères. Expliquer ce terme.

 A l’aide du diagramme de distribution des espèces ci-dessous, répondre aux questions suivantes :

1.2. Quelle est la valeur du pH si [AH] = [A^-] d’après la relation pH= pKA + log

 [A^-] [HA] .

1.3. Déterminer alors que les pKA des deux couples acide-base CO², H²O/HCO³^-(aq) et HCO³^-(aq)/CO³^2-(aq). 1.4. Représenter, ci-dessous, le diagramme de prédominance des espèces carbonatées.

1.5. Dans quel domaine de pH l’espèce CO², H²O représente-t-elle plus de 99% des espèces de ces couples ? Même question pour les ions carbonate CO32-

(aq).

Quelle est l’espèce majoritaire dans l’eau d’Hépar dont le pH vaut 7,3 ?

0 ….. ….. 14

pH

%CO2,H2O

%HCO3- (aq)

%CO32- (aq)

%HCO3- (aq)

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1.6. On peut à priori envisager de titrer les ions hydrogénocarbonate par une solution de soude ou par une solution d’acide chlorhydrique. En fait les électrodes des pH-mètres utilisés au lycée ne donnent pas de bonnes indications pour pH > 11. Montrer qu’un titrage par une solution d’acide chlorhydrique s’impose.

1.7. Quel indicateur coloré, dans la liste ci-dessous, vous semble-t-il le mieux adapté pour effectuer ce titrage ? Le pH prévu à l’équivalence est d’environ 4. Justifier votre réponse.

Indicateur pKA Couleur acide Zone de virage Couleur basique

Orange de méthyle 3,7 Rouge 3,2-4,4 jaune

Rouge Congo  4 Bleu 3,0-5,2 Rouge

Hélianthine 3,4 Rouge 3,1-4,4 Jaune

Vert de bromocrésol 4,7 Jaune 3,8-5,4 Bleu

Rouge de méthyle 5,1 Jaune 4,8-6,0 Rouge

Bleu de bromothymol 7 Jaune 6,0-7,6 bleu

Phénolphtaléine 9,4 Incolore 8,2-10,0 violet 2. Titrage pH-métrique

 L’indication portée sur l’étiquette de l’eau de boisson est HCO3- : 383,7 mg.L^-1. M(HCO3-) = 61,0 g.mol^-1.

 On réalisera une prise d’essai de 20,0 mL et on travaille avec une solution titrante d’acide chlorhydrique de concentration molaire 1,00  10^-2 mol.L ^-1.

2.1. Proposer un protocole expérimental pour réaliser le titrage en précisant le matériel nécessaire. Réaliser 2.2. Le titrage pH-métrique est réalisé. Le graphe pH=f (V) – Voir page 4 - a été effectué à l’aide de Regressi.

Déterminer la valeur du volume versé à l’équivalence VAE sera déterminée par la méthode des tangentes parallèles. Réaliser Faire apparaitre les traits de constructions.

2.3. Comparer votre concentration massique avec l’indication de l’étiquette. Calculer l’erreur relative en %.

Valider

2.4. Le titre alcalimétrique complet ou T.A.C d’une eau est le volume, exprimé en mL, d’acide chlorhydrique à 0,020 mol.L^-1 nécessaire pour doser 100 mL d’eau en présence de vert de bromocrésol comme indicateur de fin de réaction. Déterminer le T.A.C de cette eau minérale. Valider

3. Résolution de problème : Comment peut-on déterminer la concentration en ion sulfate d’une eau ?

 L’eau distribuée doit répondre à des normes de potabilité. La concentration d’une eau en ions sulfate peut être déterminée par un titrage conductimétrique.

 Lorsqu’on verse quelques gouttes d’une solution d’éthanoate de baryum, Ba²⁺(aq) + 2 CH3-COO^-(aq), dans une solution de sulfate de sodium, Na⁺(aq) + SO42-

(aq), il se forme un précipité blanc de sulfate de baryum.

 On réalise le titrage conductimétrique d’un volume V1 = 100,0 mL d’eau de Contrexéville à l’aide d’une solution d’éthanoate de baryum de concentration C2 = 0,100 mol.L^-1. Le volume de solution d’éthanoate de baryum versé à l’équivalence est V2E = 12,1 mL.

 Problème à rédiger :

On lit sur l’étiquette d’une bouteille d’eau de Contrexéville : « sulfate : 1 187 mg.L^-1 ».

Le titrage effectué est-il en accord avec cette donnée ?

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