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TP TS-­‐SPE THÈME EAU / EAU ET RESSOURCE TITRAGE COLORIMÉTRIQUE DES IONS MAGNÉSIUM ET IONS CALCIUM D’UNE EAU MINÉRALE NOM : ..........................
PRÉNOM
: ...................
CLASSE
Document 1 : Eau d’Hépar Document 1 : Eau d’Hépar L’eau d’Hépar est une eau minérale fortement minéralisée en ions magnésium 𝑀𝑔!! !" et calcium 𝐶𝑎 !! !" . L’étiquette ci-­‐
contre indique les concentrations massiques de ces ions, en mg. L!! . Données : masses molaires atomiques M(Ca) = 40,1 g. mol!! ; M(Mg) = 24,3 g. mol!! . Document 2 : Réactions des ions calcium et magnésium : .............
DATE
: .................................
En milieu basique, à pH = 10, les ions calcium 𝐶𝑎 !! !" et magnésium 𝑀𝑔!! !" réagissent avec les ions ÉthylèneDiamineTétraAcétate, ou EDTA, notés 𝑌 !! !" , contenus dans une eau minérale pour former des ions complexes très stables et incolores (voir ci-­‐contre) selon les réactions totales d’équation : • 𝐶𝑎 !! !" + 𝑌 !! !" → 𝐶𝑎𝑌 !! !" 𝑒𝑡 • 𝑀𝑔!! !" + 𝑌 !! !" → 𝑀𝑔𝑌 !! !" Les réactifs et les produits étant incolores, l’utilisation d’un indicateur de fin de réaction pour repérer l’équivalence du titrage est nécessaire. Document 3 : Le NET, indicateur de fin de réaction
Le noir ériochrome T (ou NET) est bleu à pH = 10 (Doc. 1.a) : on le note 𝐼𝑛!! !" À pH = 10 et en présence d’ions calcium 𝐶𝑎 !! !" et magnésium 𝑀𝑔!! !" le NET forme deux ions complexes, notés 𝐶𝑎𝐼𝑛 ! !" et 𝑀𝑔𝐼𝑛 ! !" de couleur rose tous deux (Doc. 1.b). • 𝐶𝑎 !! !" + 𝐼𝑛!! !" → 𝐶𝑎𝐼𝑛 ! !" 𝑒𝑡 • 𝑀𝑔 !! !" + 𝐼𝑛!! !" → 𝑀𝑔𝐼𝑛 ! !" Cette couleur persiste tant que les ions calcium et magnésium sont présents en solution aqueuse. En tant qu’indicateur de fin de réaction, le NET est utilisé en petite quantité. Avec les ions calcium et magnésium, initialement présents dans une eau, le NET forme les ions complexes 𝐶𝑎𝐼𝑛 ! !" et 𝑀𝑔𝐼𝑛 ! !" roses. Ces ions complexes sont moins stables que ceux formés avec l’EDTA. ( 𝐶𝑎𝑌 !! !" 𝑒𝑡 𝑀𝑔𝑌 !! !" ) Ainsi, dans un mélange contenant les ions calcium et magnésium et le NET, l’EDTA réagi d’abord avec les ions 𝐶𝑎 !! !" et 𝑀𝑔!! !" « libres ». Puis l’EDTA détruit les ions complexes [CaIn]-­‐(aq) et [MgIn]-­‐(aq), libérant ainsi le NET et les derniers ions calcium et magnésium avec lesquels il réagit. Document 4 : Matériel et solutions disponibles : -­‐ 50 mL d’Hépar (à chercher sur la paillasse prof) ; -­‐ 120 mL de solution tampon pH = 10 pour les deux titrages ; -­‐ NET solide ; -­‐ 100 mL d’EDTA à C2 = 2,5 .10-­‐2 mol.L-­‐1 ; PAGE 1 / 5 𝐶𝑎𝑌
!!
!"
𝑀𝑔𝑌
!!
!"
Ions complexes de l’E.D.T.A formule du NET -­‐ 1 burette graduée ; -­‐ 1 pot poubelle ; -­‐ 1 bécher de 100 mL ; -­‐ 1 verre à pied ; -­‐ 1 pipette jaugée de 10,0 mL ; -­‐ 1 poire à pipeter et 1 pipetteur ; -­‐ 1 éprouvette graduée de 10 mL ; -­‐ 1 fiole jaugée de 50,0 mL ; Problème : 1 1. Élaborer un protocole expérimental détaillé permettant de déterminer, par titrage, la somme des concentrations 𝐶𝑎 !!
!"
+ 𝑀𝑔!!
!"
dans un volume V1 = 10,0 mL d’eau d’Hépar. Le faire valider avant toute expérience. Problème : 2 2. En France, la dureté d'une eau s'exprime en degré hydrotimétrique, noté D et exprimé en °TH. Par définition le degré hydrotimétrique est : D(°TH) = 10.C avec 𝐶 = 𝑀𝑔!! + 𝐶𝑎 !! en mmol. L!! . En France les eaux de consommation courantes ont des D(°TH) compris entre 0 °TH et 50 °TH. L'eau d'Hépar est-­‐elle une eau de consommation quotidienne ? FICHE COMPTE RENDU Problème : 1 a) Protocole proposé -­‐ Remplir la burette graduée avec la solution titrante d’EDTA à C2 = 2,5 .10-­‐2 mol.L-­‐1 et régler le zéro. -­‐ Prélever V1 = 20,0 mL d’eau d’Hépar avec la pipette jaugée de 20,0 mL munie d’un pipeteur. -­‐ Les verser dans un bécher de 100 mL posé sur un agitateur magnétique. -­‐ Verser 6 mL de solution tampon à pH = 10, mesurés avec l’éprouvette graduée, dans le bécher. -­‐ Ajouter un pointe de spatule de NET et placer le barreau aimanté. -­‐ Mettre en marche l’agitation et verser la solution titrante d’EDTA jusqu’à l’équivalence. L’équivalence du titrage est obtenue lorsque la solution passe du rose au bleu. b) Légender précisément le schéma ci-­‐contre Solution titrante EDTA C2 = 2,5 .10-­‐2 mol.L-­‐ Solution titrée VS= 10mL eau Hépar + 6mL s olution t ampon pH 10 + une pointe de NET c) Indiquer pour chaque élément de verrerie utilisé la nature des liquides utilisés pour leur rinçage burette : à l’eau distillée puis avec la solution d’EDTA pipette jaugée 10mL : eau distillée puis avec l’eau d’Hépar becher : à l’eau distillée d) On notera par indifféremment, les ions magnésium 𝑀𝑔!! !" et ions calcium 𝐶𝑎 !! !" par 𝑋 !! (!") et les les ions complexes obtenus avec l’ion calcium 𝐶𝑎𝑌 !! !" et l’ion magnésium 𝐶𝑎𝑌 !! !" sous la forme 𝑋𝑌 !! !" écrire l’équation chimique de ce dosage en utilisant cette notation 𝑋 !! (!") + 𝑌 !! !" → 𝑋𝑌 !! !" e) Expliquer le changement de couleur de la solution dosée que l’on doit observer à l’équivalence Après l’ajout de Net dans la solution à titrer la couleur de la solution est rose en raison de la formation d’ions 𝑋𝑔𝐼𝑛 ! !" (X = 𝑀𝑔!! !" ou 𝐶𝑎 !! !" ) et demeure rose jusqu’à l’équivalence À l’équivalence tous les ions 𝑀𝑔 !! !" ou 𝐶𝑎 !! !" ont disparu le NET ne peut plus former d’ion 𝑋𝑔𝐼𝑛 ! !" le NET est libre dans la solution de ce fait celle ci devient bleue f) Écrire la relation liant les quantités de matière d’ions 𝑋 !! (!") 𝑒𝑡 𝑑 ! 𝑖𝑜𝑛𝑠 𝑌 !! !" versés lorsqu’on atteint l’équivalence À l'équivalence du titrage, on a réalisé un mélange steochiométrique des réactifs titrants et titrés. Ainsi, la quantité d'E.D.TA. versée est égale à la somme des quantités initiales d'ions 𝑀𝑔!! !" et 𝐶𝑎 !! !" 𝑛( 𝑋 !! ) 𝑛(𝑌 !! )!"#$é
=
1
1
g) Exprimer la relation entre les quantités d’ions 𝑛(𝑀𝑔!! ) , 𝑛 𝐶𝑎!! et 𝑛 𝑌 !! versés à l’équivalence !!
!!
!!
𝑛(𝑀𝑔 ) + 𝑛 𝐶𝑎
= 𝑛 𝑌 h) En déduire une relation entre la somme des concentrations des ions 𝑀𝑔!! (!") et 𝐶𝑎 !! (!") d’une part et la concentration d’ion 𝑌 !!
soit !"
de la solution titrante 𝑛(𝑀𝑔!! ) 𝑛 𝐶𝑎 !!
𝑛 𝑌 !!
+
= 𝑉!
𝑉!
𝑉!
𝑛 𝑌 !!
𝑉!
= 𝐶! ×𝑉! 𝑀𝑔!! + 𝐶𝑎 !! =
La quantité d’EDTA introduite à l’équivalence 𝑛 𝑌 !!
D’où 𝑌 !! =
La somme des concentrations d’ions 𝑀𝑔!! 𝑒𝑡 𝐶𝑎 !! 𝐶! ×𝑉!
𝑉!
𝑀𝑔!! + 𝐶𝑎 !! =
𝐶! ×𝑉!
𝑉!
i) Faire l’application numérique et déterminer la valeur de la concentration molaire totale C C = 𝑋 !! = 𝑀𝑔!! + 𝐶𝑎 !! Le volume versé d’EDTA à l’équivalence moyen 𝑉! = 7,5 𝑚𝐿 Le volume d’eau d’Hépar prélevé 𝑉! = 10,0 𝑚𝐿 2,5. 10!! ×7,5. 10!!
𝐶 = 𝑀𝑔!! + 𝐶𝑎 !! =
10,0. 10!!
𝐶 = 1,9. 10!! 𝑚𝑜𝑙. 𝐿!! soit 𝐶 = 19 𝑚𝑚𝑜𝑙 !! j) Exprimer puis calculer, à partir de l’étiquette du fabriquant, le titre molaire total C’ en ions Magnésium et ions calcium de l’eau d’Hépar l’étiquette de la bouteille d’eau d’Hépar utilisée en classe indique 𝑡(𝑀𝑔 !! ) = 119 𝑚𝑔. 𝐿!! 𝑡(𝐶𝑎 !! ) = 549 𝑚𝑔. 𝐿!! 𝑡(𝑀𝑔!! )
𝑀𝑔!! =
𝑀(𝑀𝑔)
𝑡(𝐶𝑎 !! )
𝐶𝑎 !! =
𝑀(𝐶𝑎)
𝐶 ! = 𝐶𝑎 !! + 𝑀𝑔!! 𝑡(𝐶𝑎 !! ) 𝑡(𝑀𝑔!! )
+
𝐶! =
𝑀(𝐶𝑎)
𝑀(𝑀𝑔)
M Ca = 40,1. 10! mg. mol!! et M Mg = 23,3. 10! mg. mol!! 549 . 10!! 119. 10!!
𝐶! =
+
40,1
23,3 𝐶 ! = 18,8. 10!! 𝑚𝑜𝑙. 𝐿!! 𝐶 ! = 18,8 𝑚𝑜𝑙. 𝐿!! h) Comparer le résultat obtenu au cours du dosage, à celui déduit de l’étiquette de l’eau minérale et calculer l’écart relatif obtenu La valeur déterminée par le dosage est proche de celle déduite de l’étiquette du fabricant L’écart relatif est 19 − 18,8
𝐶 − 𝐶′
×100 = 𝐶′
18,8
𝐶 − 𝐶′
×100 = 1% 𝐶′
L’écart relatif est très faible Problème : 2 a) Déterminer le degré hydrotimétrique de l’eau d’Hépar 1/ à partir titre molaire total en ions Magnésium et ions calcium de l’eau d’Hépar obtenu à la suite du dosage 𝐷 = 10×𝐶 𝐷 = 10×19 𝐷 = 1,9. 10! ° 𝑇𝐻 2/ à partir titre molaire total en ions Magnésium et ions calcium de l’eau d’Hépar déduit de l’étiquette que donne le fabriquant 𝐷 = 10×𝐶 𝐷 = 10×18,8 𝐷 = 1,88. 10! ° 𝑇𝐻 b) Compte tenu des résultats précédent peut on dire que l’eau d’Hépar est une eau de consommation quotidienne ? Puisque D>50 ° TH on peut donc dire que l’eau d’Hépar n’est pas conseillée pour une consommation quotidienne Nom 1
Nom 2
Rangées dégagées
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Blouse attachée
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Pot poubelle sous burette
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Rinçage burette graduée
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Pas de bulle dans la burette
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Zéro de la burette
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Utilisation pipette graduée
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Paillasse dégagée
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Pipetage
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Refaire le zéro de la burette
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Agencement correct du dispositif
titrage
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Repérage de l'équivalence
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Refaire le zéro de la burette
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Rangement de la paillasse
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