Académie de Clermont-Ferrand Page 1 TP – DOSAGES DES I

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TP – DOSAGES DES IONS HYDROGENOCARBONATE D’UNE EAU MINERALE
ET DE LA VITAMINE C D’UN CITRON
Vous allez :
- Vérifier la concentration en ions hydrogénocarbonate de l’eau de Vichy Saint-Yorre ;
- Déterminer la masse de vitamine C contenue dans un citron.
I. REALISER ET EXPLOITER UN DOSAGE
Doser une espèce chimique en solution, c’est déterminer sa concentration molaire dans cette solution.
Pour cela, on fait réagir un volume connu et précis de la solution contenant cette espèce, dite réactif titré, avec une
quantité connue d’une autre espèce, dite réactif titrant.
La réaction chimique mise en jeu, d’équation connue, est appelée réaction de dosage, ou de titrage.
Pour le dosage du réactif A par le réactif B, la réaction de dosage a pour équation :
a A + b B -> c C + d D
L’équivalence est atteinte lorsqu’on a réalisé un mélange stœchiométrique des deux réactifs. Dans certains dosages,
l’équivalence peut être repérée par un changement de teinte.
La réaction de titrage doit être quantitative, c’est-à-dire totale, rapide et unique.
Sources : Hachette 2005, CHIMIE 1
ère
S et HACHETTE 2012, TS
On introduit un volume VA de l’espèce A, de concentration molaire CA ; on doit verser le volume VBE de l’espèce B de
concentration CB afin d’obtenir l’équivalence.
I.1. Compléter le tableau d’évolution du système, x étant l’avancement de la réaction. Dans un souci de simplification,
les nombres stœchiométriques ont été pris égaux à 1, ce qui n’est pas toujours le cas.
Equation de la réaction
Etat
Avancement
Initial
(Quantités de matière
0
introduites pour x = xE)
Intermédiaire
(Quantités de matière
x
avant l’équivalence)
Final
(Quantités de matière
xE
à l’équivalence)
A
+
B
->
C
+
Quantités de matière (en mol)
D
I.2. En déduire l’expression de la concentration molaire CA de l’espèce A en solution en fonction de CB, VA et VBE.
II. LES IONS HYDROGENOCARBONATE DANS UNE EAU DE BOISSON
L’action du bicarbonate s’oppose à l’accumulation d’acide dans l’organisme, et notamment d’acide lactique dans les
+
muscles en favorisant l’élimination des ions H responsables des crampes et de la fatigue musculaire. En fonction des
études, l’effet paraît particulièrement intéressant pour les épreuves intenses répétées et de courte durée (de 2 à 7
min). Une étude de l’Université de Loughborough au Royaume Uni a mis en évidence un effet positif significatif sur les
résultats de l’épreuve de 200 m nage libre. L’intérêt du bicarbonate est également mentionné par de nombreux sites
et blogs de cyclisme.
Source : http://www.monbicarbonate.fr/ideal-pour-preparer-son-corps-au-sport/
Afin de déterminer par titrage acido-basique et colorimétrique les ions bicarbonate (ou hydrogénocarbonate) contenus
dans l’eau de Vichy Saint-Yorre (pH = 6,6), vous devez :
- Déterminer la procédure pour titrer les ions hydrogénocarbonate : faut-il les considérer comme un acide ou
comme une base ?
- Utiliser les diagrammes de distribution des espèces en solution pour choisir les conditions du titrage
colorimétrique et l’indicateur coloré adapté.
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+
Un acide est une espèce chimique capable de céder au moins un proton H . Une base est une espèce chimique
+
capable de capter au moins un proton H . Un couple acide/base HA/A est défini par la demi-équation acidobasique :
+
HA(aq)
A (aq) + H
L’acide HA et la base A sont dits conjugués.
+
Une réaction qui met en jeu un transfert de protons H entre ses réactifs est appelée réaction acido-basique. Le
transfert de protons est réalisé de l’acide HA1 d’un couple acide/base vers la base A2 d’un autre couple acide/base :
HA1(aq) + A2 (aq) -> A1 (aq) + HA2(aq)
Sources : Hachette 2005, CHIMIE 1
ère
S et Hachette 2012, TS
Source : http://www.st-yorre.com/index2.php?T=106
Composition en g/L
calcium = 0,078
magnésium = 0,009
sodium = 1,744
sulfates = 0,182
chlorures = 0,329
potassium = 0,115
bicarbonates = 4,263
fluorures = 0,008
nitrates = 0
Source : http://pagesperso-orange.fr/water-label
-
-
-
L’ion hydrogénocarbonate HCO3 est l’acide du couple (HCO3 /base) et la base du couple (acide/HCO3 ) : c’est un
ampholyte.
II.1. Ecrire les deux couples acide/base auxquels l’ion hydrogénocarbonate appartient.
Voici le diagramme de distribution des différentes espèces chimiques constituant les couples acide/base écrits dans la
question précédente en fonction du pH.
% 100
%C O2 ,H 2O
90
%CO32- (aq)
80
%HCO -3 (aq)
70
60
50
40
30
20
10
pH
0
0
2
4
6
8
10
12
14
II.2. Déterminer dans quel domaine de pH l’espèce CO 2, H2O représente plus de 99% des espèces de ces couples.
Même question pour les ions carbonate.
+
-
Une solution d’ions hydrogénocarbonate est titrée par une solution de soude (Na (aq) + HO (aq)).
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II.3. Écrire l’équation de la réaction entre les ions hydrogénocarbonate et les ions hydroxyde apportés par la solution
de soude. Quel est l’ordre de grandeur du pH à l’équivalence du titrage ? Justifier la réponse.
+
-
Une solution d’ions hydrogénocarbonate est titrée par une solution d’acide chlorhydrique (H3O (aq) + Cl (aq)).
II.4. Écrire l’équation de la réaction entre les ions hydrogénocarbonate et les ions oxonium apportés par l’acide. Quel
est l’ordre de grandeur du pH à l’équivalence de ce titrage ? Justifier la réponse.
Lors d’un dosage acido-basique, le changement de teinte d’un indicateur coloré introduit dans le mélange réactionnel
peut permettre de repérer l’équivalence. L’indicateur coloré doit être choisi en fonction de sa zone de virage : celle-ci
doit contenir le pH à l’équivalence.
II.5. A l’aide des résultats de l’approche théorique et des données du tableau ci-dessous, choisir l’indicateur coloré
pour réaliser un dosage colorimétrique ainsi que le réactif titrant (solution de soude ou solution d’acide chlorhydrique).
Indicateur
Teinte acide
Zone de
virage
Teinte basique
Hélianthine
Rouge
3,1 - 4,4
Jaune
Vert de bromocrésol
Jaune
3,8 - 5,4
Bleu
Phénolphtaléine
Incolore
8,2 - 10
Violette
Zones de virage de quelques indicateurs colorés
II.6. Légender le dispositif de titrage en suivant les consignes données dans le protocole qui suit puis réaliser le
titrage.
-
Dégazer 50 mL environ d’eau de Vichy Saint-Yorre à l’aide de l’ampoule à décanter.
-1
Rincer la burette avec la solution titrante de concentration CA = 0,100 mol.L ; la remplir de la solution titrante ;
veiller à ce qu’il n’y ait pas de bulle d’air dans la pointe inférieure de la burette ; ajuster le zéro ;
Prélever 20,0 mL d’eau de Vichy Saint-Yorre dégazée à l’aide de la pipette jaugée et les verser dans
l’erlenmeyer ; la pipette aura été rincée au préalable avec cette même eau ;
Ajouter 2 ou 3 gouttes de l’indicateur coloré choisi ;
Mettre l’agitation en marche ;
Ajouter mL par mL la solution titrante jusqu’à ce que l’indicateur coloré change de teinte ; noter le volume
équivalent VE ;
Réaliser un second titrage plus précis.
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II.7. Calculer la concentration molaire en ions hydrogénocarbonate dans l’eau étudiée. En déduire la masse d’ions
hydrogénocarbonate contenus dans 1,0 L de cette eau. Comparer à l’information donnée par l’étiquette de la
bouteille. Si on estime que l’indication de l’étiquette est valable à 10 % près, les résultats trouvés sont-ils en accord
avec la valeur portée sur l’étiquette ?
II.8. Pourquoi le sportif doit boire une eau bicarbonatée après l’effort ?
III. DOSAGE DE LA VITAMINE C DANS UN CITRON
Le citron se caractérise par sa forte densité vitaminique ! Faiblement sucré et d’une valeur calorique faible, il est l’un
des fruits les plus riches en vitamine C !
La vitamine C étant un anti-oxydant majeur chez le sportif, le citron trouve une place justifiée dans l’alimentation du
sportif, en récupération d’effort comme dans l’équilibre alimentaire au quotidien.
L’idéal est de consommer le citron cru, avec sa pulpe ou en jus, pour ne pas altérer ses propriétés nutritionnelles. Il
trouve ainsi des applications culinaires nombreuses, en assaisonnement de plats, en boissons rafraîchissantes et
boissons d’effort, ou dans l’élaboration de desserts légers.
Source : http://www.irbms.com/rubriques/Dietetique/fiches-aliments-citron.php
La vitamine C, ou acide ascorbique, a pour formule brute C6H8O6. La vitamine C réagit avec le diiode selon l'équation:
+
-
C6H8O6(aq) + I2(aq) -> C6H6O6(aq) + 2 H (aq) + 2 I (aq) (réaction 1)
Cette transformation est totale mais lente donc ne peut servir à un titrage. La solution est d’ajouter le diiode I 2 en
excès. Le diiode réagit avec les ions thiosulfate selon l'équation :
2-
2-
-
I2(aq) + 2 S2O3 (aq) -> S4O6 (aq) + 2 I (aq) (reaction 2)
Cette transformation est totale et rapide.
Couples oxydant/réducteur :
C6H6O6(aq)/C6H8O6(aq)
Diiode (brun en solution) / Ion iodure (incolore en solution) : I2(aq)/ I (aq)
22S4O6 (aq) / S2O3 (aq)
-
Presser complètement le citron.
Filtrer le jus à l’aide d’un entonnoir et de la gaze pour retenir la pulpe. Mesurer le volume de jus obtenu.
Prélever précisément un volume V1 = 5,0 mL de jus de citron et les verser dans un erlenmeyer. Ajouter
exactement un volume V2 = 10,0 mL de solution de diiode de concentration C2. Placer l’erlenmeyer sur
l’agitateur magnétique et agiter pendant 5 min au moins.
III.1. Pourquoi faut-il agiter assez longuement ? Comment vérifier que le diiode est en excès ?
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Remplir la burette de la solution titrante de thiosulfate de sodium de concentration C3 = 5,0.10 mol.L .
Ajouter la solution titrante mL par mL jusqu’à l’obtention d’une coloration jaune puis ajouter quelques gouttes
d’empois d’amidon dans la solution à doser. L’empois d’amidon permet de mieux apprécier la présence du
diiode par une coloration bleue. Ajouter alors la solution titrante goutte par goutte.
III.2. Comment repérer l’équivalence ? Noter le volume V3E obtenu à l’équivalence.
III.3. Ecrire les demi-équations électroniques relatives aux équations des réactions 1 et 2.
III.4. Calculer la quantité de matière :
- n2i de diiode introduit initialement dans le jus de citron ;
- n2r de l’excès de diiode (dosé).
En déduire :
- La quantité de matière de diiode n2 qui a réagi avec l’aide ascorbique du jus de citron ;
- La quantité de matière nC de vitamine C présente dans le citron.
-1
- La masse m de vitamine C contenue dans le citron (M = 176,0 g.mol.L ). L’apport quotidien recommandé en
vitamine C est de 75 mg pour les femmes et de 90 mg pour les hommes.
On pourra s’aider d’un tableau d’évolution du système pour chacune des réactions.
III.5. Le titrage réalisé est un titrage indirect : justifier.
Réaliser le titrage direct de 5,0 mL de jus de citron par la solution de diiode.
III.6. Commenter le résultat obtenu.
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