1. Principe 2. Pourquoi doser par l`acide ?

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TS Spécialité- partie C
T.P-cours de Chimie n°7
DOSAGE DES IONS HYDROGENOCARBONATE
CONTENUS DANS UNE EAU MINERALE
I – Titre alcalimétrique d’une eau
Contrôle de Qualité
1. Principe
a) Dans les eaux d’alimentation, l’alcalinité est due principalement à la présence
2d’ions carbonate CO 3 et d’ions hydrogénocarbonate HCO3 ou "bicarbonate".
b) Une eau dont le pH est supérieur à 8,2 contient des ions carbonate, une eau dont
le pH est inférieur à 8,2 ne contient pas d’ions carbonate mais seulement des ions
hydrogénocarbonate.
+
-
c) L’alcalinité d’une eau est dosée par un acide "fort" (H3O + A ) ; par convention on
exprime les résultats en :
Données :
-1
-
Titre alcalimétrique (TA) : volume d’acide à 0,020 mol⋅L en ions
+
H3O nécessaire pour doser 100 mL d’eau en présence de
phénolphtaléine.
-
Titre alcalimétrique complet (TAC) : volume d’acide à 0,020 mol⋅L
+
en ions H3O nécessaire pour doser 100 mL d’eau en présence de vert de bromocrésol-rhodamine.
-1
L’acide carbonique H2CO3 n’est pas isolable, on préfère parler de CO2 dissous ou CO2,H2O.
2CO2,H2O/HCO3
pKA1 = 6,3
HCO3/CO 3
pKA2 = 10,3
Phénolphtaléine : (incolore) 8,2 < pH < 10 (rose)
Vert de bromocrésol-rhodamine : (jaune) 3,8 < pH < 5,4 (bleu)
• Sur un axe gradué en échelle de pH, indiquer les domaines de prédominance des différentes espèces
-
2-
chimiques : CO2,H2O ; HCO3 ; CO 3 .
• Justifier (par un calcul) le point b) du principe exposé ci-dessus.
Le pH de l’eau d’Evian est 7,2.
• Qu’observe-t-on si on ajoute quelques gouttes de phénolphtaléine à cette eau ?
• En déduire son titre alcalimétrique.
2. Pourquoi doser par l’acide ?
L'ion hydrogénocarbonate se comporte soit comme une base, soit comme un acide. Il est …
• Ecrire l'équation chimique de la transformation chimique qui se produit entre l'ion hydrogénocarbonate et l'ion
oxonium et calculer la constante d’équilibre associée à cette réaction.
• Ecrire l'équation chimique de la transformation chimique qui se produit entre l'ion hydrogénocarbonate et l'ion
hydroxyde et calculer la constante d’équilibre associée à cette réaction.
On a réalisé la simulation du dosage de V1 = 50 mL d’une solution de concentration apportée en ions
-3
-1
hydrogénocarbonate c1 = 5,0⋅10 mol⋅L par une solution d’acide chlorhydrique ou par une solution de soude de
-1
concentration apportée c2 = 0,020 mol⋅L .
• Pour chacun des deux graphes, repérer à quelle espèce correspond la courbe 1, la courbe 2.
• Quel volume équivalent V2,éq donne (dans les deux cas) le calcul théorique supposant la réaction totale à
l’équivalence ? Commentaires…
• Quel est, dans chacun des cas, le taux d’avancement de la réaction pour V2 = V2,éq ?
• Justifier le choix du vert de bromocrésol-rhodamine pour rechercher le TAC d’une eau.
• Comment peut-on retrouver, à partir des graphes, les pKA des couples auxquels appartient l’ion
hydrogénocarbonate ?
2
TS Spécialité- partie C
pH
Ions hydrogénocarbonate + soude
%
100
12
90
10
80
70
8
60
pH
6
1
50
2
40
30
4
20
10
2
0
0
pH
5
10
15
VB (mL) 20
Ions hydrogénocarbonate + acide chlorhydrique
10
100
90
8
80
6
pH
70
1
60
2
4
50
40
30
2
20
10
0
0
0
5
10
15
VA (mL) 20
3
TS Spécialité- partie C
II – Application : dosage de l’eau d’Evian
• Etalonner le pH-mètre avec la solution tampon de pH = 4,0.
• Annoter le schéma du dispositif permettant de doser un volume VB = 50,0 mL d’eau d’Evian par une solution
-2
-1
d’acide chlorhydrique de concentration apportée cA = 2,00⋅10 mol⋅L .
pH-mètre
6.50
• Réaliser les mesures :
VA (mL)
0
2
4
6
8
10
11
11,5
12
12,5
13
13,5
pH
VA (mL)
14
14,5
15
15,5
16
16,5
17
18
20
22
25
pH
• Tracer la courbe pH = f(VA)
• Déterminer les coordonnées du point d’équivalence, en déduire la concentration en ions hydrogénocarbonate
de l’eau d’Evian.
• Calculer la masse de bicarbonate en mg par litre
d’eau d’Evian. Comparer avec l’étiquette.
• Préciser le TAC de l’eau d’Evian.
• Lorsqu’on dose une eau fortement "bicarbonatée" on
observe en fin de dosage un dégagement gazeux.
Justifier.
4
TS Spécialité- partie C
CO2,H2O
HCO3-
pKA1
6,3
CO2-3
pKA2
pH
10,3
[CO2-3]
 [CO2-3] 
pH = pKA2 + log
⇒
= 10pH – pKA2
- 
[HCO3]
[HCO3]
[CO2-3]
= 108,2 – 10,3 = 0,008 et si pH < 8,2
[CO2-3] < 0,008 x [HCO3- ]
[HCO3]
les ions carbonate sont en quantité négligeable par rapport aux ions hydrogénocarbonate.
si pH = 8,2 alors
pH = 7,2 : la phénolphtaléine est incolore.
Le TA de l’eau d’Evian est nul : le volume d’acide à ajouter pour obtenir le virage de l’indicateur (basique →
acide) est nul.
L’ion hydrogénocarbonate est amphotère.
HCO3- (aq) + H3O+ = CO2,H2O + H2O
K1 =
(1)
[CO2,H2O]
1
=
= 106,3 = 2,0⋅106
KA1
[HCO3- ]⋅[H3O+]
HCO3- (aq) + HO- = CO2-3 + H2O
(2)
[CO2-3]
[CO2-3]⋅[H3O+]
KA2
K2 =
= 1014 – 10,3 = 5,0⋅103
- =
+ =
Ke
[HCO3]⋅[HO ]
[HCO3]⋅[HO ]⋅[H3O ]
Dans les deux cas, l’équivalence conduit à : c1⋅V1 = c2⋅V2,éq ⇒ V2,éq = V1
c1
5
= 50 x
= 12,5 mL
c2
20
Sur la courbe du dosage par l’acide chlorhydrique on retrouve bien un saut de pH pour 12,5 mL mais pas sur la
courbe du titrage par la soude.
Cette courbe n’est pas exploitable, la réaction n’est pas terminée pour V2 = 12,5 mL : τ2 = 80 %
(L’acidité est trop faible pour pouvoir être dosée : pKA2 = 10,3)
5
TS Spécialité- partie C
HCO3- (aq) + HO- = CO2-3 + H2O
pH
(2)
Ions hydrogénocarbonate + soude
%
100
12
90
10
80
70
8
60
pH
6
CO3 2-
50
HCO3 -
40
30
4
20
10
2
0
0
5
10
HCO3- (aq) + H3O+ = CO2,H2O + H2O
pH
VB (mL) 20
15
(1)
Ions hydrogénocarbonate + acide chlorhydrique
10
100
90
8
80
6
pH
70
HCO3 -
60
CO2,H2O
4
50
40
30
2
20
10
0
0
0
5
10
15
VA (mL) 20