Analyse d’une eau

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Exercices
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : L'eau

Un laboratoire a la charge d’effectuer des analyses pour une association menant une étude sur la qualité d’une eau.

En plus des analyses dont les résultats sont regroupés dans le document 2, le laboratoire effectue deux dosages :

– le titrage des ions chlorure ;

– la mesure de la dureté.

Doc 1 Norme française pour les paramètres physico–chimiques

 

Valeurs maximales ou limites autorisées

Chlorures

200 mg/L

Sulfates

250 mg/L

Magnésium

50 mg/L

Nitrates

50 mg/L

Ammonium

0,5 mg/L

Nitrites

0,1 mg/L

Sodium

150 mg/L

Potassium

12 mg/L

Hydrogénocarbonate

Non limité

Dureté

Supérieure à 15 °f

Doc 2 Résultats de l’eau testée

 

Valeurs trouvées pour 1 litre

Potassium

3,5 mg

Sodium

63 mg

Sulfate

9 mg

Nitrates

45 mg

Hydrogénocarbonate

163 mg

pH

6,9

Document 3. Titrage par précipitation des ions chlorure

On prélève un volume d’eau à analyser que l’on introduit dans un grand bécher. On ajoute un volume d’environ 200 mL d’eau distillée. On plonge dans le milieu une cellule de conductimétrie. À l’aide d’une burette graduée, on ajoute progressivement une solution aqueuse de nitrate d’argent de concentration molaire .

Le mélange obtenu dans le bécher est maintenu sous une agitation régulière La figure ci-dessous donne la courbe d’évolution de la conductivité du mélange en fonction du volume V2 versé de la solution de nitrate d’argent.

Donnée. Masse molaire atomique du chlore .

Partie A. L’analyse « chlorure »

1. Donner deux raisons pour lesquelles l’ajout d’un grand volume d’eau distillée est nécessaire.

2. Compléter le schéma ci-dessous du dispositif utilisé lors de ce titrage.

3. Lors de ce titrage, les ions chlorure réagissent avec les ions argent pour former un précipité blanc de chlorure d’argent . La transformation associée à la réaction est totale. L’équation de la réaction de précipitation est la suivante :

a. Compléter le tableau décrivant l’évolution du système à l’équivalence donné ci-après. On note n2,éq la quantité de matière (en mol) d’ions argent versée à l’équivalence.

Équation chimique

+

État du système

Avancement (mol)

Quantités de matière (en mol)

État initial

0

n2,éq

n1

 

En cours de transformation

x

     

À l’équivalence

xéq

     

b. En déduire la relation entre la quantité initiale n1(en mol) des ions chlorure et la quantité de matière n2,éq (en mol) d’ions argent versée à l’équivalence.

4. En utilisant la figure du document 3, déterminer la valeur du volume V2,éq de la solution de nitrate d’argent versé à l’équivalence.

5. Expliquer le changement de pente de la courbe de la conductivité σ du mélange en fonction du volume V2 qui se produit à l’équivalence.

6. En utilisant les questions précédentes, calculer la concentration molaire c1 des ions chlorure dans l’échantillon d’eau étudiée.

7. La concentration massique t (exprimée en ) d’une espèce chimique X
en solution est le produit de sa concentration molaire (exprimée en ) par sa masse molaire moléculaire (exprimée en ).

Calculer la concentration massique notée t1 des ions chlorure dans cette eau. On donnera le résultat en .

Partie B. La dureté de l’eau

Doc 4. Titrage complexométrique des ions calcium

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 correspond à d’ions calcium et magnésium .

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

On réalise le titrage d’un volume d’eau à analyser par une solution d’EDTA de concentration . À l’équivalence, le volume versé d’EDTA est .

Données.

Masses molaires :  ; .

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

0 à 7

7 à 15

15 à 25

25 à 42

supérieur à 42

Eau

très douce

douce

moyennement dure

dure

très dure

1. En milieu basique, l’EDTA contient des ions notés qui réagissent avec les ions calcium et magnésium contenus dans l’eau minérale pour former des complexes très stables selon les équations :

Cela signifie donc que la quantité d’EDTA versé sert à doser à la fois les quantités d’ions et celles d’ions présents dans le volume "italic">V d’eau titrée.

Soient et les quantités de matière initiales d’ions calcium et magnésium présents dans le volume V1 d’eau minérale, désigne la quantité de matière d’ions versée pour atteindre l’équivalence.

Quelle relation lie ces trois quantités de matière ?

2. Montrer que la somme des concentrations molaires des ions calcium et magnésium est donnée par la relation :

.

3. Calculer en la valeur de la somme pour l’eau testée.

4. En déduire le TH exprimé en degrés français de l’eau testée. Comment caractérise-t-on la dureté de cette eau ?

Partie C. Est-elle potable ?

À partir de toutes les données dont vous disposez, conclure sur le caractère potable de cette eau.