manipulation iv

RAPPORT CM12
MANIPULATION IV
Détermination de la dureté de l’eau
PARTIE I
Par ANDRE Delvine
SEFFAR Mohamed
Le 22 septembre 2010
Objectifs de la manipulation :
-
Détermination de la dureté totale de l’eau
Détermination de la teneur en calcium des eaux
Détermination de la teneur en magnésium de l’eau
Déminéralisation de l’eau (échange des cations)
Dosage du gaz carbonique
INTRODUCTION : Dans ce TP, nous devions déterminer la dureté de deux eaux
différentes : une eau A et une eau B. Cependant, l’eau B ne réagissant pas correctement
avec les solutions nous avons dû abandonner son étude.
A un autre moment, il nous est demandé de filtrer l’eau à travers les résines cationiques et
anioniques. La résine anionique étant sèche, nous n’avons pas été en mesure de l’utiliser
pour ce TP.
A – DETERMINATION DE LA DURETE DE L’EAU
Il s’agit dans cette première partie de déterminer la dureté de l’eau ainsi que la teneur en calcium
des eaux à l’aide de deux titrages différents. Les résultats n’étant pas très précis à cause du virage
du colorant difficile à repérer, les titrages ont étés réalisés chacun trois fois.
La dureté (ou titre hydrométrique) d’une eau est une grandeur reliée à la somme de
concentrations en cations métalliques (à l’exception des métaux alcalins Na+ et K+). En général, la
dureté de l’eau est due aux cations calcium Ca2+ et magnésium Mg2+.
 Détermination de la dureté totale de l’eau :
Mode opératoire : on souhaite déterminer la dureté de deux eaux A et B. Pour cela nous avons
procédé à un dosage complexiométrique par l’EDTA. On compose la solution à titrer de 50mL
d’eau à titrer (A ou B) avec 5mL de solution tampon pH = 10. On vérifie à l’aide de papier pH. On
ajoute ensuite une pincée d’ériochrome noir T (un indicateur coloré). La solution prend une
couleur rose violacée. On titre ensuite cette solution à l’aide d’une burette graduée replie d’EDTA
0,05mol.L-1 et d’un agitateur magnétique. Le volume équivalent est atteint quand la solution
prend une teinte bleu gris.
Solution titrante
EDTA 0,05mol.L-1
Titrage de l’eau A par de
l’EDTA 0,05 mol.L-1
Solution à titrer
Eau (A ou B) + pH=10 - V = 55mL
Agitateur magnétique
Résultats pour l’eau A :
- Dosage n°1 : Véq = 5mL
- Dosage n°2 : Véq = 4,5mL
- Dosage n°3 : Véq = 4,4mL
Nous retiendrons pour la valeur de Véq la moyenne des trois valeurs précédemment indiquées.
D’où : Véq = 4,6mL
A l’équivalence, les réactifs sont en proportions stœchiométriques, on peut donc écrire :
CEDTA x Véq = C x Veau A
=> C =
= 4,6.10-3 mol.L-1
=
Donc : C = {[Ca2+] + [Mg2+]} = 4,6.10-3 mol.L-1
Résultats pour l’eau B :
Il nous à été impossible de titrer l’eau B car malgré nos effort le pH de l’eau restait bien inférieur à
10 (environ pH = 6), et le titrage ne pouvait donc pas marcher. On ne s’occupera désormais que de
l’eau A jusqu'à la fin TP.
Détermination de la dureté D de l’eau en degré hydrométrique et milliéquivalents :
On sait que : 1 degré hydrométrique français correspond 1/10000 ion g de Ca2+ ou Mg2+ par litre.
Donc : 1 degré hydrométrique = 10-4mol.L-1 de Ca2+ ou Mg2+.
D’où :
Deau A =
= 46°
=>
eau impropre au lavage (tableau p.40)
On sait que : 1 degré hydrométrique français correspond à 0,2 milliéquivalent.
Donc : 1° = 0,2mé
D’où :
Deau A = 46 x 0,2 mé = 9,2 mé
Précision des résultats :
=
=>
=0 -
=Cx
= 0,1mL (incertitude burette) -
=
0,05mL (incertitude pipette
jaugée 50mL).
D’où :
Enfin :
= 4,6.10-3 x
Deau A = 46°
= 1,05.10-4mol.L-1
1°
et
Deau A = 9,2
0,2 mé
 Détermination de la teneur en calcium des eaux :
Mode opératoire : on souhaite à présent déterminer la teneur en calcium Ca2+ dan l’eau A et B.
Pour cela, on effectue à nouveau une série de trois dosages à l’EDTA 0,05mol.L-1. Cette fois la
solution à titrer est composée de 40mL d’eau (A ou B) à laquelle on ajoute 60mL d’eau distillée et
5mL de solution tampon pH=12. On ajoute alors une pincé de murexide (un indicateur coloré qui
forme un complexe avec les ions Ca2+ à pH=12) et la solution prend alors une teinte rouge. Le
volume équivalent est atteint quand la solution prend une teinte violette.
Solution titrante
EDTA 0,05mol.L-1
Titrage de l’eau A par de
l’EDTA 0,05 mol.L-1
Solution à titrer
Eau (A ou B) + eau distillée + pH=12
V = 105mL
Agitateur magnétique
Résultats pour l’eau A :
- Dosage n°1 : Véq = 8,8mL
- Dosage n°2 : Véq = 9,2mL
- Dosage n°3 : Véq = 8,7mL
Nous retiendrons pour la valeur de Véq la moyenne des trois valeurs précédemment indiquées.
D’où : Véq = 8,9mL
A l’équivalence, les réactifs sont en proportions stœchiométriques, on peut donc écrire :
CEDTA x Véq = C x Veau A
=> C =
= 4,45.10-3 mol.L-1
=
-3
Donc : CCa2+ = 4,45.10 mol.L
-1
On a :
n = C x V = = 4,45.10-3 x 100.10-3 = 4,45.10-4 mol
Et :
m = n x MCa = 4,45.10-4 x 40.08 = 0.0178 g
D’où :
Cm[Ca2+] =
=
= 0,178 g.L-1 = 178 mg.L-1
 Détermination de la teneur en magnésium de l’eau :
Nous allons maintenant déterminer par le calcul et uniquement à l’aide des deux dosages
précédents la concentration massique en magnésium.
2+
2+
-3
On sait que : C = {[Ca ] + [Mg ]} = 4,6.10 mol.L-1
Donc :
[Mg2+] = C
[Ca2+] = 4,6. 10-3
D’où :
Cm[Mg2+] =
=
4,45. 10-3 = 1,5. 10-4 mol.L-1
=
= 0,0364 g.L-1 = 36,4 mg.L-1
B – DEMINERALISATION DE L’EAU PAR RESINES
ECHANGEUSES D’IONS
Dans la deuxième partie de ce TP, devons déminéraliser de l’eau à l’aide de résines cationiques et
anioniques. Le passage de l’eau dans la résine cationique échange les ions Ca2+ et Mg2+ par des
ions OH- tandis que le passage dans la résine anionique les remplace par des ions H+.
Nous allons voir l’effet de ce passage dans une résine sur l’eau A.
 Echange des cations :
Mode opératoire : nous disposons dans ce cas d’une résine cationique échangeuse d’ions. Nous
versons tout d’abord en plusieurs fois 50mL de solution d’acide chlorhydrique à 5mol.L -1 afin de
régénérer la résine. On rince ensuite la résine en versant de l’eau déminéralisée jusqu'à en
recueillir 100mL. On vérifie dans un tube à essais que la solution vire de l’orange au rouge en
contact de quelques gouttes d’hélianthine. Sinon on continue le rinçage.
Pendant ce temps on prépare un bécher témoin avec 20mL d’eau A, 10mL de tampon pH=12, et
une pincée de noir ériochrome T. La couleur obtenue est violet/rose foncé.
Dans la colonne échangeuse de cations, on verse petit à petit 100mL d’eau A. on jette les premiers
mL et on garde le reste pour l’étude.
Résultats pour l’eau A :
- Test : contrôle de l’absence de Ca2+ et Mg2+
On fait le test de l’ériochrome T sur 10 à 20mL de l’eau recueillie : on obtient un bécher avec une
coloration quasi transparente rose très pâle => forte réduction des ions Ca2+ et Mg2+.
- Test de présence des chlorures
On fait le test au nitrate d’argent sur 2 à 3mL d’eau recueillie ou la colonne : on obtient un
précipité blanc ténu => présence de chlorures dans la solution.
- Mesure du pH final
On mesure le pH de l’eau recueillie grâce au papier pH : on obtient une couleur rose orangée =>
pH = 2. L’eau du robinet est à pH = 6/7.
Cependant, nos résultats ne semblent pas satisfaisants malgré nos deux essais pour cette résine…
 Echange des anions :
Les manipulations sont du même ordre que pour la résine cationique. Cependant, la résine
anionique étant sèche, nous n’avons pas pu l’utiliser…
 Efficacité de l’échange d’ions : dosage de la dureté de l’eau du robinet
après passage sur résine :
Nous n’avons pas pu non plus réaliser cette partie du TP car elle faisait appel au passage dans la
résine qui était hors service…
C – DOSAGE DU GAZ CARBONIQUE LIBRE DANS L’EAU
Dans la dernière partie de ce TP, nous devons doser le CO2 dissous dans l’eau par un léger excès
d’une solution de soude. On le détermine ensuite à l’aide d’une solution d’acide sulfurique titrée.
Mode opératoire : on introduit 10mL de soude dans une fiole jaugée de 250mL et on complète
jusqu’au trait de jauge par l’eau A. On ajoute ensuite 6 à 8 gouttes de phénophtaléine. On met un
bouchon en caoutchouc et on homogénéise par agitation magnétique. La solution prend une
teinte rose.
On verse ensuite la solution dans un erlenmeyer de 500mL avec les eaux de lavage de la fiole. On
titre cette solution avec de l’acide sulfurique 0,05mol.L-1 jusqu'à décoloration totale.
On pose : V = Véq d’acide sulfurique 0,05mol.L-1 versé pour atteindre le virage.
Dans le même temps, on fait la même manipulation que précédemment en utilisant la soude seule
et en pratiquant la dilution avec de l’eau distillée pure exempte de CO2.
On pose : V’ = Véq2 d’acide sulfurique 0,05mol.L-1 versé pour atteindre le virage.
Solution titrante
Acide sulfurique 0,05mol.L-1
Titrage de la solution d’eau A
ou distillée par de l’acide
sulfurique 0,05mol.L-1
Solution à titrer
Solution d’eau A ou distillée
V = 250mL
Agitateur magnétique
Résultats pour l’eau A :
- Dosage n°1 : Véq = 10mL
- Dosage n°2 : Véq = 9,4mL
Nous retiendrons pour la valeur de Véq la moyenne des deux valeurs précédemment indiquées.
D’où : V = Véq = 9,7mL
Résultats pour l’eau distillée :
- Dosage n°1 : Véq = 10,5mL
- Dosage n°2 : Véq = 9,9mL
Nous retiendrons pour la valeur de Véq la moyenne des deux valeurs précédemment indiquées.
D’où : V’ = Véq2 = 10,2mL
Expression des résultats :
-
V’ – V = 10,2 – 9,7 = 0,5
D’où : A = V’ – V = 0,5 mL
D’après la réaction décrite p.45, on a :
AmL de la solution de HCO3- représente X moles de HCO3- fournis par le CO2 initial. X moles de
HCO3- formé est donc équivalent à X moles de CO2 dissous.
On a : [HCO3-] = 0 ,05mol et A = 0,5mL
D’où :
X
= [HCO3-]
A =
-
Alors : n [HCO3-] formé = n [CO2] dissous =
X
0,05 x 0,5.10-3 = 2,5.10-5 mol dissous dans 250mL, soit 10-4mol de CO2
dissout dans 1L.
Donc : mCO2 disous = nCO2 disous
MCO2 = 10-4
(12 + 2 16) = 4,4mg.L-1
Précision des résultats :
On a : X =
C A
-
D’où :
=
est l’incertitude due à la lecture sur la burette qui nous est donnée et vaut
mesuré deux volumes équivalents, on estimera
.
= 0 (valeur du flacon).
Donc :
D’où :
0,1mL. Ayant
= 1,0.10-5
mCO2 disous = 4,4mg.L-1 1,76mg.L-1
CONCLUSION : dans ce TP, nous avons pu déterminer la dureté d’une eau, l’adoucir grâce
aux résines, et enfin trouver une concentration de gaz carbonique dissous dans l’eau.
Nous avons cependant rencontré quelques petits problèmes, notamment avec l’eau B qui
n’a finalement pu être titrée ainsi que la résine anionique qui était sèche. De plus, nos
résultats trouvés pour la résine cationique ne semblent pas cohérents par rapport aux
résultats que l’on aurait pensé obtenir.