T.P-cours de Chimie n 7 DOSAGE DES IONS HYDROGENOCARBONATE CONTENUS DANS UNE EAU MINERALE I Titre alcalimétrique d une eau. Principe a) Dans les eaux d alimentation, l alcalinité est due principalement à la présence d ions carbonate CO - 3 et d ions hydrogénocarbonate HCO- 3 ou "bicarbonate". b) Une eau dont le est supérieur à, contient des ions carbonate, une eau dont le est inférieur à, ne contient pas d ions carbonate mais seulement des ions hydrogénocarbonate. c) L alcalinité d une eau est dosée par un acide "fort" (H 3 O + + A - ) ; par convention on exprime les résultats en : - Titre alcalimétrique (TA) : volume d acide à, mol L - en ions H 3 O + nécessaire pour doser ml d eau en présence de phénolphtaléine. - Titre alcalimétrique complet (TAC) : volume d acide à, mol L - en ions H 3 O + nécessaire pour doser ml d eau en présence de vert de bromocrésol-rhodamine. Données : L acide carbonique H CO 3 n est pas isolable, on préfère parler de CO dissous ou CO,H O. CO,H O/HCO - 3 pk A =,3 HCO - 3 /CO- 3 pk A =,3 Phénolphtaléine : (incolore), < < (rose) Vert de bromocrésol-rhodamine : (jaune) 3, < < 5, (bleu) Sur un axe gradué en échelle de, indiquer les domaines de prédominance des différentes espèces chimiques : CO,H O ; HCO - 3 ; CO- 3. Justifier (par un calcul) le point b) du principe exposé ci-dessus. Le de l eau d Evian est 7,. Qu observe-t-on si on ajoute quelques gouttes de phénolphtaléine à cette eau? En déduire son titre alcalimétrique.. 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 V = 5 ml d une solution de concentration apportée en ions hydrogénocarbonate c = 5, -3 mol L - par une solution d acide chlorhydrique ou par une solution de soude de concentration apportée c =, mol L -. Pour chacun des deux graphes, repérer à quelle espèce correspond la courbe, la courbe. Quel volume équivalent V,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 V = V,éq? Justifier le choix du vert de bromocrésol-rhodamine pour rechercher le TAC d une eau. Contrôle de Qualité Comment peut-on retrouver, à partir des graphes, les pk A des couples auxquels appartient l ion hydrogénocarbonate?
Ions hydrogénocarbonate + soude % 9 7 5 3 5 5 V B (ml) Ions hydrogénocarbonate + acide chlorhydrique 9 7 5 3 5 5 V A (ml)
3 II Application : dosage de l eau d Evian Etalonner le -mètre avec la solution tampon de =,. Annoter le schéma du dispositif permettant de doser un volume V B = 5, ml d eau d Evian par une solution d acide chlorhydrique de concentration apportée c A =, - mol L -. Réaliser les mesures : -mètre.5 V A (ml),5,5 3 3,5 V A (ml),5 5 5,5,5 7 5 Tracer la courbe = f(v A ) 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.
si =, alors CO,H O pk A HCO - 3 pk A CO - 3,3,3 [CO - = pk A + log 3] [HCO3] - [CO - 3] [HCO - 3] = pk A [CO - 3 ] [HCO3] = -,,3 =, et si <, [CO - 3 ] <, x [HCO- 3 ] les ions carbonate sont en quantité négligeable par rapport aux ions hydrogénocarbonate. = 7, : 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. HCO - 3 (aq) + H 3O + = CO,H O + H O () K = [CO,H O] [HCO - 3 ] [H 3O + ] = =,3 =, K A HCO - 3 (aq) + HO- = CO - 3 + H O () K = [CO - 3] [HCO - 3 ] [HO- ] = [CO - 3 ] [H 3 O + ] [HCO - 3 ] [HO- ] [H 3 O + ] = K A =,3 = 5, 3 K e Dans les deux cas, l équivalence conduit à : c V = c V,éq V,éq = V c = 5 x 5 =,5 ml c Sur la courbe du dosage par l acide chlorhydrique on retrouve bien un saut de pour,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 V =,5 ml : τ = % (L acidité est trop faible pour pouvoir être dosée : pk A =,3)
5 HCO - 3 (aq) + HO- = CO - 3 + H O () Ions hydrogénocarbonate + soude % 9 7 CO3 - HCO3-5 3 5 5 V B (ml) HCO - 3 (aq) + H 3O + = CO,H O + H O () Ions hydrogénocarbonate + acide chlorhydrique HCO3 - CO,HO 9 7 5 3 5 5 V A (ml)