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C C4 C 4 4 - - - D D Do o os s sa a ag g ge e e d d de e es s s i i io o on n ns s s h h hy y yd d dr r ro o og g gé é én n no o oc c ca a ar r rb b bo o on n na a at t te e e d d da a an n ns s s u u un n ne e e e ea e a au u u m m mi i in n né é ér r ra a al l le e e. . .
D Do D o os s sa a ag g ge e e p p pH H H m m mé é ét t tr r ri i iq q qu u ue e e. . .
Objectifs :
Etudier une espèce ampholyte.
Utiliser les diagrammes de distribution des espèces en solution pour choisir les conditions d’un titrage.
Déterminer par titrage acido-basique soit à l’aide d’un pH-mètre, soit en utilisant un indicateur coloré approprié, la quantité d’ions hydrogénocarbonate contenus dans une eau de boisson ; comparer à l’information portée sur l’étiquette.
L’ion hydrogénocarbonate :
L’ion hydrogénocarbonate est une espèce ampholyte (ou amphotère) : il est à la fois la base conjuguée de l’acide carbonique CO2, H2O dans le couple (1) et l’acide conjugué de l’ion carbonate CO32- dans le couple (2).
(1) HCO3-aq / CO32-aq Ka1 = 10-10,3 (2) CO2, H2O / HCO3- aq Ka2 = 10-6,4 1. Ecrire les équations des deux réactions possibles des ions hydrogénocarbonate
avec l’eau.
Donner l’expression de la constante d’équilibre de la réaction Ka1.
En déduire le rapport
eq eq
HCO CO
] [
] [
3 2 3
−
−
pour une eau de pH=8,2 et justifier l’affirmation suivante : « une eau dont le pH est supérieur à 8,2 contient des ions carbonate, une eau dont le pH est inférieur à 8,2 ne contient pratiquement pas d’ions carbonate »
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2. On donne le diagramme de distribution, en fonction du pH, des différentes espèces chimiques étudiées :
-
Montrer que l’on peut également vérifier sur ce diagramme l’affirmation précédente.-
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.
Titrage d’une solution d’ions hydrogénocarbonate.
Les ions hydrogénocarbonate étant une espèce ampholyte peuvent être dosés par une solution acide ou basique :
Titrage des ions hydrogénocarbonate par une solution de soude :
- Ecrire l’équation de la réaction entre les ions hydrogénocarbonate et les ions hydroxyde apportés par la soude.
- Au cours de cette réaction, les ions carbonate se forment, et les ions hydrogénocarbonate disparaissent : en utilisant le diagramme de distribution, donner un ordre de grandeur du pH à l’équivalence.
- Les électrodes utilisées habituellement ne donnent pas de bons résultats au delà de pH = 11, et on ne dispose pas d’indicateur ayant une zone de virage correspondant à pH = 12. Conclusion ?
Titrage des ions hydrogénocarbonate par une solution d’acide chlorhydrique : - Ecrire l’équation de la réaction entre les ions hydrogénocarbonate et les ions
oxonium apportés par l’acide.
- Au cours de cette réaction, l’espèce CO2,H2O se forme, et les ions hydrogénocarbonate disparaissent : en utilisant le diagramme de distribution, donner un ordre de grandeur du pH à l’équivalence.
- Les électrodes permettent des mesures correctes dans ce domaine de pH, et il existe des indicateurs colorés permettant d’effectuer un dosage colorimétrique.
Conclusion ?
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
0 2 4 6 8 10 12 14
pH
%
-
% HCO (aq)3 2-
% CO (aq)3
2 2
% CO ,H O
3
Choix de l’indicateur coloré :
Indicateur Couleur
Zone de virage Largeur de la zone de virage Forme acide Forme basique
Bleu de bromophénol jaune bleu 3.2 – 4.5 2.4
Hélianthine rouge Jaune 3.2 – 4.4 1.2
Vert de bromocrésol
rhodamine jaune Bleu 3.8 – 5.4 1.6
Bleu de bromothymol jaune Bleu 6.0 – 7.6 1.6
Rouge de méthyle jaune rouge 4.8 – 6.0 1.2
Phénolphtaléine incolore rose 8.2 – 10.0 1.8
- A l’aide des résultats précédents, et du tableau ci-dessus, justifier le choix de vert de bromocrésol rhodamine comme indicateur coloré de ce titrage.
Titrages alcalimétriques :
Les laboratoires de contrôle de la qualité des eaux utilisent des échelles spécifiques :
- Titre alcalimétrique (noté T.A.) d'une eau : « c’est le volume d'acide, de concentration molaire en ions H3O+ égale à 0,02 mol.L-1, nécessaire pour doser 100 mL d’eau en présence de phénolphtaléine »
- Titre alcalimétrique complet (T.A.C.) : « c’est le volume d'acide, de concentration molaire en ions H3O+ égale à 0,02 mol.L-1, nécessaire pour doser 100 mL d’eau en présence de vert de bromocrésol rhodamine (BCR) »
A partir des diagrammes de distribution, établir les domaines de prédominances, en fonction du pH, des espèces chimiques des couples acide-base mis en jeu.
Relever la zone de virage de la phénolphtaléine sur ce diagramme. Quand on titre une eau par une solution d’acide chlorhydrique, quel est le changement de couleur que l’on peut observer ?
Quels sont les ions titrés lors de la détermination du titre alcalimétrique ?
Protocole :
Matériels et produits :
Pipettes jaugées Burette de 25 mL Agitateur magnétique pH-mètre et électrode 3 béchers
Acide chlorhydrique de concentration molaire 2,0.10-2 mol.L-1
Eau minérale « Cristalline » Vert de bromocrésol ; phénolphtaléine.
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Mode opératoire :
- Etalonner le pH-mètre (ESAO).
- Préparer la burette : rincer avec l’acide chlorhydrique, remplir et ajuster le zéro.
- Prélever un volume V = 20 mL d’eau « cristalline » . Le verser dans le bécher.
Ajouter 4 gouttes de phénolphtaléine . Noter la couleur de la solution.
- Réaliser un titrage pHmétrique informatisé (ESAO) rapide.
Tracer la courbe pH = f (V), V volume d’acide chlorhydrique versé.
- Prélever un volume V = 20 mL d’eau « cristalline » . Le verser dans le becher.
Ajouter 4 gouttes de vert de bromocrésol rhodamine . Noter la couleur de la solution.
Réaliser un titrage pHmétrique informatisé (ESAO) précis, en suivant la couleur de la solution à chaque ajout.
Relever le volume d’acide versé lors du changement de teinte de l’indicateur coloré, et tracer la courbe pH = f (V).
Suivi informatisé : Ouvrir GENERIS.
Test : Etalonner le pH mètre (attention : ne pas utiliser la fonction « faire le zéro » ) Paramétrage :
Sur Oy : On mesure le pH : pHmètre.
Sur Ox : On mesure le volume de solution acide versé : quel mode d’acquisition doit-on choisir sur Ox ?
Indiquer l’unité utilisée sur Ox - Indiquer l’intervalle de mesure .
Choisir un nombre de mesures suffisant (on peut toujours arrêter l’expérience avant la fin)
Titrage rapide
Lancer l’acquisition, nommer la courbe pH1(V). Effectuer les mesures.
Titrage précis :
Relancer une acquisition, sans remplacer la première, qui permet de guider le volume des ajouts pour obtenir le plus de précision possible sur la zone de virage ; noter la deuxième courbe pH2(V).
Détermination de l’équivalence :
Utiliser l’outil tangentes pH pour déterminer précisément le point d’équivalence.
Exploitation des résultats expérimentaux.
- Relever le pH à l’équivalence. Comparer la valeur déterminée graphiquement et celle correspondant au virage de l’indicateur coloré.
- En déduire la concentration molaire en ions hydrogénocarbonate de l’eau étudiée.
- Calculer la concentration massique en ions hydrogénocarbonate de cette eau, et comparer à la valeur indiquée sur l’étiquette .
- Déterminer le T.A. et le T.A.C. de cette eau.
