Titre alcalimétrique d’une eau minérale

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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
 
Titre alcalimétrique d’une eau minérale
 
 

L’eau

Corrigé

48

Spécialité

pchT_1200_00_68C

 

Sujet inédit

Exercice • 5 points

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

1 Écrire les équations acido-basiques des couples où intervient l’ion hydrogénocarbonate. (1 point)

2 1. En vous servant des documents, donner le pH de l’eau minérale. (0,25 point)

2. Établir le diagramme de prédominance des espèces carbonatées. En déduire la forme prédominante de ces espèces dans cette eau minérale.

Quelle teinte prend la phénolphtaléine dans cette eau ? (0,25 point)

3. Par ajout d’acide chlorhydrique, la phénolphtaléine changera-t-elle de couleur ?

Peut-on déterminer par l’observation un volume équivalent ? (0,25 point)

4. Justifier la valeur nulle du titre alcalimétrique (TA) de cette eau minérale. (0,25 point)

3 1. Écrire l’équation de la réaction utilisée pour le titrage. (0,5 point)

2. Justifier l’utilisation de cette réaction pour réaliser un dosage. Déterminer les coordonnées du point d’équivalence. (0,25 point)

3. Justifier le choix du vert de bromocrésol comme indicateur coloré. Déterminer la concentration molaire C des ions hydrogénocarbonate dans cette eau minérale. (0,5 point)

4. Déterminer la concentration massique T des ions hydrogénocarbonate dans cette eau minérale. (0,5 point)

5. Déterminer le titre alcalimétrique complet (TAC) de cette eau minérale. (0,25 point)

4 Cette eau peut-elle être de l’Évian ? (1 point)

Document 1

L’ion bicarbonate, ou hydrogénocarbonate, est un ion polyatomique dont la formule chimique est  HCO3−. Le nom de bicarbonate vient du double caractère de ses propriétés, il est à la fois acide et base appartenant à deux couples acido-basiques différents ; on appelle cela une espèce amphotère. À ne pas confondre avec les ions carbonates qui portent deux charges négatives : CO3 (aq)2−.

Le mot s’écrit au pluriel (bicarbonates) lorsqu’il s’agit des sels de l’ion bicarbonate. Parmi ceux-ci, le bicarbonate de sodium (souvent appelé « bicarbonate de soude » par abus de langage) de formule NaHCO3, est le sel sodé de l’ion bicarbonate le plus répandu et le plus utilisé. Les bicarbonates qui entrent en contact avec des acides, tel l’acide acétique du vinaigre, se transforment en dioxyde de carbone gazeux. Le bicarbonate de sodium est employé dans la cuisson du pain pour lui permettre de lever et aussi dans la propulsion des fusées jouets. Il contribue à la digestion dans notre organisme.

Document 2

Le titre alcalimétrique TA

La mesure du titre alcalimétrique TA permet de déterminer la concentration en ions carbonate  CO3 (aq)2−.

Le TA est le volume, exprimé en millilitres, de solution d’acide chlorhydrique de concentration Ca = 2,0 × 10−2 mol · L−1 en ions H3O(aq)+nécessaires pour doser les ions carbonate CO3 (aq)2− dans 100 mL d’eau minérale en présence de phénolphtaléine.

Le titre alcalimétrique complet TAC

Le titre alcalimétrique complet TAC est lié à la concentration totale en ions hydrogénocarbonate  HCO3 (aq)− et carbonate  CO3 (aq)2−.

Le TAC est le volume, exprimé en millilitres, de solution d’acide chlorhydrique de concentration Ca = 2,0 × 10−2 mol · L−1 nécessaires pour doser 100 mL d’eau minérale en présence de vert de bromocrésol.

Document 3

Zone de virage de quelques indicateurs colorés


 

Valeurs de quelques pKa de couples acido-basiques

Pour le couple (H3O+/H2O) : pKa1 = 0 ;

Pour le couple (H2O/HO–) : pKa2 = 14 ;

Pour le couple (CO2, H2O/ HCO3−) : pKa3 = 6,3 ;

Pour le couple ( HCO3−/ CO3 2−) : pKa4 = 10,3.

Masses molaires atomiques

M(H) = 1 g · mol−1 ; M(O) = 16 g · mol−1 ; M(C) = 12 g · mol−1.

Document 4

Pour effectuer le dosage alcalimétrique, on prélève V1 = 50,0 mL d’eau minérale que l’on titre par une solution d’acide chlorhydrique de concentration Ca = 2,0 × 10−2 mol · L−1. Un système d’acquisition permet de mesurer le pH au cours du dosage. On obtient ainsi la courbe donnant le pH en fonction de Va, volume d’acide versé, et celle de sa dérivée dpHdVa =f(Va).


 
Document 5

Étiquette présente sur une bouteille d’eau minérale Évian.

 

Minéralisation caractéristique en mg/litre :

Calcium

Magnésium

Sodium

Potassium

78

24

5

1

Bicarbonates

Sulfates

Chlorures

Nitrates

357

10

4,5

3,8

Silice : 13,5

Résidu sec à 180 °C : 309 mg – pH = 7,2
 

Source : Évian.

Notions et compétences en jeu

Connaître les couples acide/base et la notion d’amphotérie • Connaître la notion de pH • Connaître les titrages et le calcul des concentrations.

Les conseils du correcteur

1 Étudiez les formules de l’ion hydrogénocarbonate et de l’ion carbonate et déduisez-en les couples acide/base dont ils peuvent provenir.

2 Reliez l’échelle des pH et les possibilités de coloration des indicateurs relativement à cette échelle.

3 Il s’agit d’un équilibre acide/base courant où vous utiliserez les formules habituelles pour calculer la concentration dès que vous aurez déterminé le point d’équivalence à partir du titrage.

4 Confrontez vos résultats et les informations à propos de l’eau d’Évian, la conclusion est immédiate.

Corrigé

1 Déterminer des couples acide/base en se basant sur un document

À l’aide du document 3, on voit que les couples où intervient l’ion hydrogénocarbonate sont :

CO2, H2O/ HCO3− : HCO3−+ H+ = CO2, H2O

HCO3−/ CO3 2− : HCO3−= CO3 2−+ H+

2 Étudier le pH d’une eau avec des indicateurs colorés
et déterminer son TA

1. Sur le document 4, on peut lire qu’avant l’ajout de la solution d’acide chlorhydrique, quand V = 0, on a pH = 7,2.

2.


 

Si pH = 7,2, on se trouve entre pKa3 et pKa4. L’espèce prédominante est donc l’ion hydrogénocarbonate. La phénolphtaléine est incolore.

3. Si on ajoute de l’acide chlorhydrique, on va faire baisser le pH de la solution. La phénolphtaléine va donc rester incolore. On ne peut pas observer un volume équivalent.

4. Puisqu’on ne peut pas observer de volume équivalent, on a, par définition du titre alcalimétrique : TA = 0.

3 Étudier un dosage avec l’aide d’un indicateur coloré
et d’un document d’alcalimétrie

1. H3O+ + HCO3−= CO3 2−+ H2O

2. Pour que cette réaction soit support du titrage, il faut qu’elle soit totale et rapide.

L’équivalence correspond au pic de la fonction dérivée où l’on constate que VE = 14,8 mL.

On trouve alors un pHE = 5.

3. Le pHE se trouve dans la zone de virage du vert de bromocrésol. Il est donc judicieux de l’utiliser comme indicateur coloré de ce dosage.

C = CaVEV1 = 6.10–3 mol . L–1.

4. T =M( HCO3−) . C = 366 mg/L.

5. Pour doser 50 mL d’eau minérale, il a fallu verser VE = 14,9 mL d’acide chlorhydrique. Le TAC correspond au volume à verser pour doser 100 mL d’eau.

Le TAC de cette eau est donc 29,8.

4 Confronter un résultat expérimental avec des données

Le pH expérimental correspond à celui de l’eau d’Évian. La concentration en ions hydrogénocarbonate aussi. L’eau étudiée peut donc être de l’eau d’Évian.