CORRECTION TP V NaOH (ml)

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1 I/ Dosage de l acide phosphorique CORRECTION TP ph V NaOH (ml) Veq1 = 4,95 ml, ph = 4,4 ½ Veq1 = 2,475, ph = 2,4 (= pka1) Veq2 = 11,4, ph = 9,2 ½ Veq2 = 5,7, ph = 6 2/ D après la table des pka, les différents couples acido-basiques mis en jeu au cours du dosage sont : H 3 PO 4 /H 2 PO 4 - ; H 2 PO 4 - /HPO 4 2- ; HPO 4 2- /PO 4 3- Réactions chimiques en milieu aqueux : H 3 PO 4 + H 2 O H 2 PO H 3 O + pka 1 = 2,2 H 2 PO H 2 O HPO H 3 O + pka 2 = 7,2 HPO H 2 O PO 4 + H 3 O + pka 3 = 12,3 Domaine de prédominance des espèces.

2 H 3 PO 4 H 2 PO 4 - HPO 4 2- PO 4 3- ph pka = 2,2 pka = 7,2 pka = 12,3 3/ Pour ph = ½ (pka 1 + pka 2 ), il correspond le volume V eq1. Pour ph = pka 1, il correspond le volume ½ V eq1 Pour ph = pka 2, il correspond le volume ½ x (V eq2 + V eq1 ) Au cours du dosage on a les réactions successives : (1) H 2 PO OH - HPO H 2 O (2) HPO OH - PO H 2 O (3) Avec le pka du couple H 2 O / OH - = 15,7 si on calcule les pka entre chaque espèces qui réagissent, on a pour la réaction (1) : pka = 15,7-2,2 = 13,5 > 4 donc la réaction a lieu, on visualisera un volume équivalent relatif au dosage de la première acidité. Pour la réaction (2) : pka = 15,7-7,2 = 8,5 > 4 le mélange est réactif et on observera un volume équivalent correspondant au dosage de la deuxième acidité. Pour la réaction (3) : pka = 15,7-12,3 = 3,4 < 4, cette troisième acidité est trop faible pour qu on puisse l observer graphiquement. 4/ A premier point équivalent on a la réaction globale de dosage : D après l équation bilan de la réaction, à l équivalence, le nombre de moles de H 3 PO 4 est égal au nombre de moles de OH - : n H3PO4 = n NaOH [H 3 PO 4 ] x V prise d essai = [NaOH] x V eq1 Soit [H 3 PO 4 ] = [NaOH] x V eq1 / V prise d essai [H 3 PO 4 ] = 0,2 x V eq1 / 0,01 (en mol/l) [H 3 PO 4 ] = (0,2 x V eq1 / 0,01) x 98 (en g/l) [H 3 PO 4 ] = 0,099 mol/l = 9,7 g/l Calcul d incertitude : [H 3 PO 4 ]/ [H 3 PO 4 ] = [NaOH]/ [NaOH] + V eq1 / V eq1 + V prise d essai / V prise d essai [NaOH] = 0,01 mol/l V eq1 = 0,1 ml V prise d essai = 0,05 ml [H 3 PO 4 ]/ [H 3 PO 4 ] = 0,01/0,2 + 0,1/4,95 + 0,05/10 = 0,0752

3 [H 3 PO 4 ] = 0,0752 x 0,099 = 0,008 mol/l = 0,8 g/l [H 3 PO 4 ] = (0,099 ± 0,008 )mol/l = (9,7 ± 0,8) g/l Au deuxième point équivalent, la réaction bilan du dosage est : H 3 PO OH - HPO H 2 O D après l équation bilan de la réaction, à l équivalence, le nombre de moles de H 3 PO 4 est égal à ½ du nombre de moles de OH - : n H3PO4 = ½ x n NaOH [H 3 PO 4 ] x V prise d essai = ½ x [NaOH] x V eq2 Soit [H 3 PO 4 ] = ½ x [NaOH] x V eq2 / V prise d essai [H 3 PO 4 ] = ½ x 0,2 x V eq2 / 0,01 (en mol/l) [H 3 PO 4 ] = (1/2 x 0,2 x V eq2 / 0,01) x 98 (en g/l) [H 3 PO 4 ] = 0,114 mol/l = 11,17 g/l Calcul d incertitude : [H 3 PO 4 ]/ [H 3 PO 4 ] = [NaOH]/ [NaOH] + V eq2 / V eq2 + V prise d essai / V prise d essai [H 3 PO 4 ]/ [H 3 PO 4 ] = 0,0637 [H 3 PO 4 ] = 0,008 mol/l = 0,8 g/l [H 3 PO 4 ] = (0,114 ± 0,008) mol/l = (11,2 ± 0,8) g/l (Remarque : d après l équation bilan de dosage, pour le 2éme saut de ph on devrait trouver Veq2 = 2x Veq1. Or on trouve Veq2 légèrement supérieur à 2xVeq1, ceci peut s expliquer par le fait que la soude a tendance à dissoudre des carbonates avec le temps. Il semblerait que la soude utilisée pour le dosage ait une quantité de carbonates dissous qui entraînent un dosage légèrement «faussé». C est pour cette raison qu il est nécessaire d utiliser une soude fraîche pour les dosages!!!) 5/ Les indicateurs colorés qu on pourrait choisir pour ce dosage sont : l hélianthine (pour le 1 er point équivalent) et la phénolphtaléine (pour le 2ème point équivalent).

4 II/ Dosage du Coca-Cola ph coca Brut coca dégazé V NaOH (ml) Pour le coca brut : Veq 1 = 4,6 ml Pour le coca dégazé : Veq1 = 5,2 ml et Veq 2 = 13,6 ml 1/ Comparaison des courbes : la courbe de dosage de la solution de l acide orthophosphorique fait apparaître 2 sauts de ph correspondant aux deux premières acidités de cet acide. Pour cette courbe, on remarque que V eq2 = 2 x V eq1. (cf équations bilans). Dans le cas du dosage du coca cola brut, on n observe qu un seul saut de ph et pour le coca cola dégazé, on observe 2 sauts de ph mais le rapport entre les volumes équivalents est différent de 2. 2/ pour le coca cola brut, on n observe que le 1 er saut de ph correspondant au dosage de la 1ere acidité de H 3 PO 4, soit la réaction : Pour le coca cola dégazé, on observe 2 sauts de ph correspondant au dosage des 2 acidités de H 3 PO 4, soit les réactions bilans : H 3 PO OH - HPO H 2 O

5 On devrait trouver ici V eq2 = 2xV eq1, ce qui n est pas le cas dans ce dosage. Le coca cola est une boisson gazeuse et l étape de dégazage de cette boisson permet d éliminer un grande partie du gaz. Le gaz introduit dans les boissons pour les rendre gazeuses est en fait du CO 2. Au contact du liquide, le CO 2 se dissout et on obtient de l acide carbonique noté H 2 CO 3 (ou CO 2 + H 2 O) qui est un diacide. D après le tableau 1, les couples correspondants à l acide carbonique sont : H 2 CO 3 / HCO 3 - pka 1 = 6,4 ; et HCO 3 - /CO 3 2- pka 2 = 10,3. Ainsi l acide carbonique contenu dans la boisson est également susceptible d être dosé par la soude. Si l on compare la force des différents acides présents dans la boisson on a par ordre décroissant : H 3 PO 4 / H 2 PO - 4 (pka = 2,2) H 2 CO 3 / HCO - 3 (pka = 6,4) H 2 PO - 4 /HPO 2-4 (pka = 7,2) HCO - 3 /CO 2-3 (pka = 10,3) HPO 2-4 / PO 3-4 (pka = 12,3) H 2 CO 3 + OH - <=> HCO H 2 O HCO OH - <=> CO H 2 O Ces différentes espèces seront donc dosées successivement par la soude. Dans le cas du coca cola brut, la concentration en H 2 CO 3 est élevée, et chaque volume de soude versé après le 1er point équivalent est consommé par la réaction mettant en jeu le couple H 2 CO 3 / HCO 3 -. Une fois la totalité de l acide carbonique dosée, on dose la deuxième acidité de l acide orthophosphorique (pour un volume >> 25 ml de NaOH). Dans le cas du dosage du coca dégazé, on a débarrassé la boisson d une partie du gaz carbonique donc la teneur en acide carbonique est très inférieure à celle contenue dans le coca cola brut. Toutefois, l étape de dégazage n ayant pas un rendement de 100%, il reste une certaine quantité d acide carbonique qui est consommé par le NaOH après le 1 er point équivalent. Une fois cette quantité d acide carbonique consommée par la soude, on observe le 2eme saut de ph correspondant à la deuxième acidité de l acide orthophosphorique. Le fait que V eq2 soit > à 2 x V eq1 est alors expliqué par la présence d une faible quantité d acide carbonique qui «décale» la courbe de dosage au niveau du 2eme point équivalent. A premier point équivalent on a la réaction totale de dosage : D après l équation bilan de la réaction, à l équivalence, le nombre de moles de H 3 PO 4 est égal au nombre de moles de OH - : n H3PO4 = n NaOH [H 3 PO 4 ] x V prise d essai = [NaOH] x V eq1 Soit [H 3 PO 4 ] = [NaOH] x V eq1 / V prise d essai [H 3 PO 4 ] = 0,01 x V eq1 / 0,01 (en mol/l) [H 3 PO 4 ] = (0,01 x V eq1 / 0,01) x 98 (en g/l) Coca brut : [H 3 PO 4 ] = 0,0046 mol/l = 0,45 g/l Coca dégazé : [H 3 PO 4 ] = 0,0052 mol/l = 0,5 g/l (Remarque : les deux concentrations calculées doivent être égales aux incertitudes près) Calcul d incertitude : [H 3 PO 4 ]/ [H 3 PO 4 ] = [NaOH]/ [NaOH] + V eq1 / V eq1 + V prise d essai / V prise d essai [H 3 PO 4 ]/ [H 3 PO 4 ] = 0,1267 pour coca brut

6 [H 3 PO 4 ]/ [H 3 PO 4 ] = 0,1242 pour coca dégazé Coca brut : [H 3 PO 4 ] = (0,0046 ± 0,0006) mol/l = (0,45 ± 0,06) g/l Coca dégazé : [H 3 PO 4 ] = (0,0052 ± 0,0007) mol/l = (0,50 ± 0,07) g/l Ici, il est préférable de faire les calculs de concentration pour le 1 er volume équivalent puisque l espèce dosée n est pas interférée par l acide carbonique, on obtient donc une concentration plus précise. Conclusion : Le coca cola répond bien aux normes fixées.