Spécialité Thème Eau Chapitre Eau et ressources
Détermination de la dureté d'une eau minérale
Mots clés : Production d'eau potable, traitement d'une eau.
I. Position du problème
Document 1 : Les conséquences de la dureté de l'eau
Une eau alimentaire ne doit pas être trop douce car l'Homme a besoin de calcium et de magnésium pour son métabolisme et la constitution de ses os. De plus, une eau trop douce attaque les canalisations, et certains métaux toxiques comme le plomb ou le cuivre peuvent se retrouver dans l'eau sous forme d'ions.
Une eau dure conduit à la formation d'un dépôt de tartre (carbonate de calcium, ou de magnésium, solides) dans les conduites d'eau, la robinetterie et sur les résistances chauantes des appareils comme le lave-linge. Ces dernières consomment alors plus d'énergie et ont une durée de vie moindre.
La dureté de l'eau conduit également à une utilisation supérieure de détergents et de savons, moins ecaces dans les eaux dures.
Document 2 : Plages de titre hydrotimétrique Voir document 2 p 28.
TH (°f) 0 à 7 7 à 15 15 à 25 25 à 42 > 42 Eau Très douce Douce Moyennement dure Dure Très dure Document 3 : Carte de France de la dureté de l'eau du robinet
Une grande hétérogénéité caractérise la dureté de l'eau sur le territoire français.
Cette diversité est liée à la nature des sous-sols.
Les eaux souterraines, issues de roches sédimentaires (calcaires), sont dures.
Les eaux souterraines issues de terrains siliceux (granite, grès) sont douces. Les eaux de surfaces, qui n'ont pas le temps de se charger en ions sont douces.
L'objectif du TP est de déterminer la dureté de l'eau de Contrexéville et de la comparer à celle fournie par les informations notées sur l'étiquette.
Pour déterminer la dureté de l'eau, il faut retrouver la concentration molaire en ions calcium et en ions magnésium [Ca2+] + [Mg2+] grâce à un dosage.
II. Pratique expérimentale
Voir document 1 p 28.
1. Rôle du N.E.T
I Introduire 2 mL de solution tampon pH = 10 dans trois tubes à essais numérotés 1, 2 et 3.
I Ajouter quelques gouttes de N.E.T. dans chaque tube. (On doit bien voir la coloration.) Le tube 1 sera le tube-témoin de la couleur du N.E.T. libre .
I Dans les tubes 2 et 3, ajouter 1 mL de la solution du sulfate de magnésium de concentration 1,0.10−2 mol.L−1.
Le tube 2 sera conservé comme témoin de la couleur de [Mg(N.E.T)]2+(aq).
I Dans le tube 3, ajouter l'E.D.T.A. goutte à goutte jusqu'à observer un changement de couleur.
2. Manipulation
I Introduire dans un bécher V0 = 10,0 mL d'eau de Contrex.
IAjouter environ 20 mL de solution tampon pH = 10 et 8 à 10 gouttes de N.E.T pour une coloration franche.
I Doser par une solution d'E.D.T.A de concentration C1 = 1,0.10−2 mol.L−1.
On eectue deux dosages selon le même protocole.
Le premier, rapide, permet d'avoir une valeur approximative du volume équivalent Veq1. Le deuxième permet d'obtenir une valeur du volume équivalent Veq2 à la goutte près en com- mençant le goutte à goutte 2 mL avant l'équivalence attendue.
3. Exploitation du dosage
Répondre aux questions p 29.
4. Incertitudes
Pour une série de n mesures indépendantes donnant des valeurs mesurées mk et une moyenne mmoy, l'écart type de la série de mesures est :
σn−1 = v u u u u t
n
X
k=1
(mk−m2moy)
n−1
L'incertitude de répétabilité associée à la mesure est U(M) = k× σn−1
√n
Elle dépend du nombre n de mesures indépendantes réalisées, de l'écart type de la série de mesures et d'un coecient k appelé facteur d'élargissement.
Mettre en commun tous les volumes équivalents mesurés et calculer l'incertitude de la manipulation.
III. Adoucissement d'une eau trop dure
1. Action d'une carafe ltrante
Les carafes ltrantes du commerce contiennent une cartouche composée :
De charbon actif à base de bres de noix de coco. Le charbon actif est généralement imprégné d'iodure d'argent. Le charbon actif piège le chlore, les bactéries, les molécules organiques et les pesticides.
De billes de résine échangeuse d'ions. Deux qualités aux actions complémentaires sont utilisées. Les résines anioniques éliminent les anions (nitrates, sulfates, et phosphates). Les résines cationiques éliminent les cations (calcium, magnésium, fer et métaux lourds).
Après ltration, l'eau issue de la carafe est débarrassée d'une partie de ses ions au prot d'autres ions (les ions calcium et magnésium sont remplacés par les ions sodium).
2. Vérication expérimentale de son ecacité
On ltre, à l'aide de la carafe, de l'eau de Contrexéville et on détermine à l'aide de la méthode précédente la dureté totale de l'eau ltrée (ne faire qu'un dosage goutte à goutte si le temps presse).
On dénit l'ecacité, notée e, en % (ou le pourcentage d'ions calcium et magnésium éliminés) de la carafe par le rapport :
e= 100× C(minéraux)Contrex ltrée
C(minéraux)Contrex
Déterminer la dureté de l'eau ltrée et l'ecacité de la carafe. Commenter.
