Qu’est-ce que la dureté de l’eau ?

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Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : L'eau
Type : Exercice | Année : 2012 | Académie : Inédit
 
Unit 1 - | Corpus Sujets - 1 Sujet
 
Qu’est-ce que la dureté de l’eau ?
 
 

L’eau

Corrigé

45

Spécialité

pchT_1200_00_66C

 

Sujet inédit

Exercice • 5 points

En vous appuyant sur les documents, répondez aux questions suivantes.

1 Pourquoi doit-on contrôler la minéralisation de l’eau ? (1,25 point)

2 Faire un schéma légendé complet du montage permettant de réaliser le titrage d’une eau par l’EDTA. Préciser la verrerie à utiliser pour le prélèvement de la prise d’essai. (1,25 point)

3 Déterminer le TH de l’eau n° 1 et celui de l’eau n° 2. (1,25 point)

4 Conclure quant à l’efficacité de la carafe filtrante. (1,25 point)

Document 1

Quelle que soit son origine, sous-sol, fleuves, rivières, lacs, puits, ou robinet, l’eau contient en plus ou moins grande quantité des minéraux dissous : sels de calcium, magnésium, potassium et de nombreux autres sels minéraux. La dureté de l’eau ou titre hydrotimétrique (TH) est l’indicateur de la minéralisation de l’eau. Elle est surtout due aux ions calcium et magnésium. En France, le titre hydrotimétrique (TH) s’exprime en degré français (°F). 1 °F correspond à 10–4 mol . L–1 d’ions calcium (Ca2+) et magnésium (Mg2+).

Le tableau ci-après permet de caractériser la dureté d’une eau en fonction de son TH :

 

TH (°F)

0 à 7

7 à 15

15 à 25

25 à 42

supérieur à 42

Eau

très douce

douce

moyennement dure

dure

très dure

 

Les adoucisseurs d’eau ont pour but de diminuer le TH de l’eau jusqu’à environ 5° français, car les détergents comme le savon sont moins efficaces dans une eau dure. En effet, les ions calcium et magnésium font précipiter les anions carboxylate à longue chaîne présents dans le savon.

Les sels minéraux qui entrent à l’état dissous dans le calcul de la dureté de l’eau sont souvent essentiels à la santé. Lors de leur dissolution dans l’eau, ceux-ci se retrouvent sous la forme de cations et d’anions.

Document 2

La dureté d’une eau est déterminée grâce à un titrage complexométrique par l’EDTA (acide EthylèneDiamineTétraAcétique) en présence d’un indicateur coloré de fin de réaction et d’une solution tampon permettant de maintenir le pH de la solution entre 9 et 10.

La concentration de la solution d’EDTA utilisée est

c= 1,0 × 10–2 mol . L−1.

En milieu basique l’EDTA contient des ions Y4− qui réagissent avec les ions calcium (Ca2+) et les ions magnésium (Mg2+) selon les équations :

Ca(aq)2++Y(aq)4=CaY(aq)2

Mg(aq)2++Y(aq)4=MgY(aq)2

Cela signifie donc que la quantité d’EDTA versée sert à doser les quantités d’ions Ca2+ et Mg2+ présents dans le volume V d’eau titrée.

Document 3

 

La carafe Brita améliore l’eau du robinet en réduisant le tartre, le chlore, certains métaux lourds comme le plomb. Le thé et le café révèlent tous leurs arômes et la carafe Brita prolonge la durée de vie des appareils ménagers en limitant leur entartrage.

D’après le site www.brita.fr.

Document 4

On souhaite comparer la dureté de l’eau du robinet (appelée eau n° 1) à celle obtenue après filtration avec une carafe de type Brita (appelée eau n° 2).

Deux titrages sont alors réalisés :

  • un titrage d’un volume V= 20,0 mL d’eau n° 1 ;
  • un titrage d’un volume V = 20,0 mL d’eau n° 2.

Les résultats obtenus sont les suivants :

 

Eau non filtrée (eau n° 1)

Eau filtrée (eau n° 2)

Volume VE (en mL) d’EDTA versé pour atteindre l’équivalence

6,7

2,9

 

Données

 

Élément

Mg

Ca

Masse molaire atomique (en g ∙ mol−1 )

24,3

40,1

 

Notions et compétences en jeu

Connaître le dispositif expérimental d’un titrage • Savoir calculer une concentration.

Les conseils du correcteur

1 Tirez les conclusions du document 1 sur les effets de la dureté de l’eau.

2 Utilisez votre connaissance du cours pour proposer un montage expérimental adéquat.

3 Vous devez appliquer les formules connues du titrage.

4 Les valeurs numériques obtenues en 3 vous donnent immédiatement la conclusion.

Corrigé

1 Extraire une information d’un document et l’exploiter

Dans le document 1, on peut lire que les sels minéraux dissous dans l’eau sont essentiels à la santé mais que les détergents sont moins efficaces dans une eau trop minéralisée. Il faut donc contrôler cette minéralisation pour connaître et améliorer l’efficacité de ces détergents.

2 Proposer un protocole expérimental


 

Figure 1. Schéma de montage du dosage

Pour prélever la prise d’essai, il faut être le plus précis possible et utiliser une pipette jaugée.

3 Extraire une information d’un document et l’exploiter
en utilisant des outils mathématiques

 

Le tableau des masses molaires n’est pas utile.

Soit C la concentration totale en ions Ca2+
et Mg2+ de l’eau.

Pour l’eau n° 1 :

C1=cVE1V=3,3510 3molL1=33,510 4molL1=33,°F

Pour l’eau 2 :

C2= cVE2V=1,45103molL 1=14,510 4molL1=14,°F

4 Extraire une information d’un document et l’exploiter

La carafe filtrante permet de passer d’une eau dure à une eau moyennement dure. Elle est donc partiellement efficace.