Activité expérimentale La dureté de l eau

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1 Activité expérimentale La dureté de l eau mots clés : érosion, concrétion, dissolution. Bordas page 16 A. Principe La légère acidité de l eau de pluie due à la dissolution du dioxyde de carbone dans l atmosphère entraîne la lente érosion de certaines roches carbonatées. n peut ainsi observer des paysages érodés, comme le haos de Montpellier-le-Vieux (Aveyron) (photo). La calcite a 3 et la dolomite amg( 3 ) 2, par exemple, se dissolvent dans l eau en participant aux réactions acido-basiques suivantes : a 3 (s) + H 2 (l) + 2 (aq) = a 2+ (aq) + 2 H 3 - (aq) amg( 3 ) 2 (s) + 2 H 2 (l) (aq) = a 2+ (aq) + Mg 2+ (aq) + 4 H 3 - (aq) Lorsque les eaux souterraines charges en cations a 2+ (aq) et Mg 2+ (aq) ruissellent dans une grotte, elles s évaporent, augmentant ainsi la concentration en minéraux. Les ions a 2+ (aq) et Mg 2+ (aq) forment avec les ions hydrogénocarbonates H 3 - (aq) des précipités selon les réactions inverses des précédentes. n observe alors des concrétions spectaculaires : stalactites («tombe»), stalagmites («monte»), draperies La dureté d une eau est une indication de sa concentration en ions calcium et magnésium B. Préparation du dosage Matériel : eau minérale solution d EDTA à c 2 = 1,0 x 10-2 mol.l -1 solution tampon de ph = 10 indicateur coloré NET n souhaite évaluer la dureté d une eau minérale du commerce. Noter la marque utilisée sur votre compterendu. Pour cela, on dose les ions a 2+ (aq) et Mg 2+ (aq) présents dans un volume V 1 = 10,0 ml d eau minérale, par une solution d EDTA de concentration molaire c 2 = 1,0 x 10-2 mol.l -1. En milieu basique, les ions éthylènediaminetétraacétate «EDTA», notés Y 4-, réagissent avec les ions a 2+ (aq) et Mg 2+ (aq) pour former des complexes incolores selon les réactions : a 2+ (aq) + Y 4- (aq) = [ay] 2- (aq) et Mg 2+ (aq) + Y 4- (aq) = [MgY] 2- (aq) omplexe : édifice polyatomique constitué d un cation central lié à un ou plusieurs ions ou molécules l entourant. Les réactifs et produits étant incolores, il faut utiliser un indicateur coloré pour repérer l équivalence : on ajoute du noir d ériochrome T «NET», de couleur bleue. Les ions calcium et magnésium forment alors avec le NET un complexe coloré rose. 1) Quel changement de couleur permet de repérer l équivalence? Pourquoi? 2) Faire un schéma légendé du schéma. Prélever V 1 = 10,0 ml d eau minérale.. Mesure du volume équivalent Ajouter 20 ml de solution tampon de ph = 10 (!!! forte odeur d ammoniac!!!)

2 Ajouter 1,5 ml de solution de NET Réaliser le dosage, en commençant par un dosage rapide : verser la solution d EDTA de 1 ml en 1 ml et noter le volume équivalent V éq approximatif Puis procéder à un dosage plus fin, en versant l EDTA goutte à goutte avant d arriver à V éq. Noter la valeur précise du volume équivalent obtenu : V éq = ml D. Exploitation 3) Que signifie le terme «équivalence» lors d un dosage? 4) Que peut-on alors dire entre la quantité totale «n 1» d ions a 2+ (aq) et Mg 2+ (aq), et la quantité d EDTA «n 2,éq» versée à l équivalence? 5) En déduire une relation entre «c 1» (concentration molaire totale en ions a 2+ (aq) et Mg 2+ (aq)), «V 1», «c 2» et «V éq». 6) alculer la concentration molaire «c 1» de l eau minérale utilisée. 7) Le titre hydrométrique «TH» mesure la dureté d une eau. 1 correspond à une concentration de 0,1 mmol.l -1 («millimol par litre») d ions a 2+ (aq) et Mg 2+ (aq). A titre indicatif : - De 0 à 5 TH : eau très douce - De 5 à 15 TH : eau douce - De 15 à 25 TH : eau mi-dure - > 25 TH : eau dure Déterminer le titre hydrométrique TH de cette eau. omment peut-on qualifier l eau minérale dosée? omparaison «valeur expérimentale» / «étiquette du fabriquant» La teneur en minéraux est indiquée sur les étiquettes des eaux ci-contre. 8) Rappeler la relation entre (concentration molaire), «m» (concentration massique) et «M». 9) A partir des données de l étiquette, calculer la concentration molaire de chaque ion : calcium puis magnésium. Données. Masses molaires atomiques (g.mol -1 ): M(a) = 40,1 M(Mg) = 24,3 10) alculer la somme des concentrations molaires des ions calcium et magnésium dans l eau utilisée à partir de l étiquette : on note cette valeur fabriquant «1, fab» 11) omparer les deux valeurs «1, fab» et «1» (trouvée en «6») en calculant l écart relatif en % à l aide de la formule : Ecart relatif entre les deux valeurs = 100 x (plus la valeur en % est faible, plus la mesure est précise)

3 Pour info : NET solide : beaucoup trop concentré. préparer une solution de NET dissout : «100 ml d éthanol à 95% + 0,8 g de NET» La solution tampon à ph = 10 doit être fraîche (moins d une semaine) sinon ph différent de 10, et l EDTA ne forme pas le «bon» complexe avec les ions calcium et magnésium. Ajouter papier blanc sous e bécher pour bien repérer l équivalence Schéma du montage : Formule de l EDTA : H H H 2 N N H 2 H H

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