TP CH C 8 Titrage acido-basique des ions hydrogénocarbonates d’une eau minérale Thème : Effectuer des contrôles de qualité Compétences exigibles : réaliser un titrage acide-base en présence d’un indicateur coloré ou à l’aide d’un pH-mètre exploiter un titrage utiliser les domaines de prédominance des espèces acide et basique pour justifier un protocole Objectifs du TP : * vérifier par un contrôle de qualité que la concentration massique en ions hydrogénocarbonates ou bicarbonates dans l’eau minérale EVIAN® est conforme à l’indication portée sur l’étiquette. * déterminer le titre alcalimétrique ( T.A. ) et le titre alcalimétrique complet ( T.A.C. ) d’une eau minérale Données : Voir informations ( minéralisation, pH, … ) sur l’étiquette de la bouteille d’eau minérale Evian Couples acide – base : CO2,H2O / HCO3- : pKa1 = 6,4 H3O+ / H2O Masses molaires en g.mol-1 : C : 12,0 HCO3- / CO32- : pKa2 = 10,3 H2O / HO- : pKa3 = 0 ; H : 1,0 ; : pKa4 = 14 O : 16,0 Zones de virage de quelques indicateurs colorés acido-basiques : Indicateur coloré Vert de bromocrésol Bleu de bromothymol Phénolphtalèine Teinte acide Jaune Jaune Incolore Zone de virage 3,8 – 5,4 6,0 – 7,6 8,2 – 10,0 Teinte basique Bleu Bleu Rose Titres alcalimétriques d’une eau. Dans les activités se rapportant aux traitement des eaux, il est fait appel à des échelles spécifiques pour exprimer les concentrations en ions carbonate et en ions hydrogénocarbonate, les titres alcalimétriques : T.A. : Le Titre Alcalimétrique d’une eau est exprimé par le volume en mL d’acide chlorhydrique à 0,02 mol/L nécessaire pour doser 100 mL d’eau en présence de phénolphtaléine comme indicateur de fin de réaction T.A.C. : Le Titre Alcalimétrique Complet d’une eau est exprimé par le volume en mL d’acide chlorhydrique à 0,02 mol/L nécessaire pour doser 100 mL d’eau en présence de vert de bromocrésol comme indicateur de fin de réaction. I – Manipulation : Voir produits et matériel à disposition page suivante étalonner le pH-mètre avec les solutions tampon à disposition préparer la burette : rincer avec la solution d’acide chlorhydrique, remplir de solution d’acide chlorhydrique, ajuster le zéro. Prélever à l’aide d’une fiole jaugée, V0 = 50,0 mL d’eau minérale et l’introduire dans un bécher contenant un barreau aimanté. Placer le bécher sur l’agitateur magnétique et faire plonger dans l’eau la sonde du pH-mètre. Mesurer le pH initial Ajouter mL par mL, la solution d’acide chlorhydrique en agitant doucement et mesurer le pH après chaque ajout ; resserrer les mesures lorsque les variations de pH augmentent. Noter les résultats des mesures dans un tableau puis tracer le graphe pH = f ( Va ) à l’aide du logiciel REGRESSI ( Va = volume de solution d’acide chlorhydrique ajouté ) Effectuer la méthode des tangentes parallèles ou la méthode de la dérivée. Produits : eau d’évian solution d’acide chlorhydrique de concentration Ca = 0,020 mol/L indicateurs colorés : phénolphtaléine, vert de bromocrésol, hélianthine, bleu de bromothymol eau distillée solutions tampon 4 et 7 Matériel à disposition : burette graduée de 25 mL fiole jaugée de 50 mL béchers en verre de 100 mL ( x 2 ) bécher en plastique de 100 mL ( x 1 ) compte goutte plastique entonnoir agitateur magnétique et barreau aimanté pH mètre papier joseph II – Compte-rendu Remarque : rendre la courbe de titrage 1) Sur un axe gradué en pH, placer les domaines de prédominance des espèces acide et basique des deux couples de l’ion hydrogénocarbonate. 2) Compte tenu du pH de l’eau minérale utilisée, quelle est l’espèce majoritaire dans cette eau ? Que vaut le [ HCO3 ] rapport dans l’eau minérale ? 2[ CO3 ] 3) Le pH indiqué sur l’étiquette est-il en accord avec la première mesure de pH ? 4) Ecrire l’équation chimique de la réaction du titrage. Calculer sa constante d’équilibre K. 5) Indiquer lequel des indicateurs colorés proposés dans les données est le plus approprié au dosage. Justifier. 6) Déterminer la concentration molaire [ HCO3-(aq) ] puis la concentration massique [ HCO3-(aq) ]m dans l’eau minérale étudiée. Comparer à l’information de l’étiquette : si l’on estime que l’indication de l’étiquette est valable à 10 % près, le résultat trouvé est-il en accord ? 7) A partir des domaines de prédominance et de la zone de virage de la phénolphtalèine, indiquer quels sont les ions titrés lors de la détermination du T.A. ? Que vaut le T.A. de l’eau minérale étudiée ? 8) A partir des domaines de prédominance et de la zone de virage du vert de bromocrésol, indiquer quels sont les ions titrés lors de la détermination du T.A.C. ? Que vaut le T.A.C. de l’eau minérale étudiée ? A l’aide d’un logiciel de simulation, on a réalisé le titrage de 50,0 mL d’une solution d’hydrogénocarbonate de sodium par une solution d’acide chlorhydrique de concentration Ca = 0,010 mol.L-1. Sur la figure jointe, la courbe 1 représente l’évolution du pH en fonction du volume d’acide versé, les courbes 2 et 3 montrent l’évolution des pourcentages des espèces au cours du dosage. 9) Identifier l’espèce de la courbe 2 ? Justifier. 10) Identifier l’espèce de la courbe 3 en justifiant l’évolution de son pourcentage au cours du dosage. 11) Retrouver la valeur du pKa du couple CO2,H2O / HCO3- en utilisant les courbes de la figure. 12) Déterminer le volume versé à l’équivalence en utilisant une ou plusieurs courbes. 13) En déduire la concentration massique [ HCO3-(aq) ]m Eléments de réponse pH dosage des ions HCO3- dans l'eau d'évian 7 6 5 4.276 4 3 2 1 14.68 5 10 15 20 Va Va (mL) pH Va (mL) pH 0 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,6 9 9,5 10 10,5 11 11,5 12 12,5 13 13,5 7,47 7,22 7,11 7,02 6,93 6,85 6,79 6,73 6,66 6,6 6,54 6,47 6,42 6,36 6,31 6,25 6,18 6,14 6,07 6 5,94 5,86 5,77 5,69 5,58 5,44 5,26 14 14,4 14,5 15 15,5 16 16,5 17 17,5 18 18,5 19 19,5 20 20,5 21 21,5 22 22,5 23 23,5 24 24,5 25 5 4,7 4,53 3,83 3,45 3,23 3,09 2,97 2,89 2,82 2,76 2,7 2,66 2,61 2,57 2,54 2,51 2,48 2,45 2,43 2,4 2,38 2,36 2,34 (mL) Matériel TP dosage des ions hydrogénocarbonate dans l’eau d’Evian Salle de TP de chimie + salle 209 burette graduée de 25 mL fiole jaugée de 50 mL béchers en verre de 100 mL ( x 3 ) bécher en plastique de 100 mL ( x 1 ) compte goutte plastique de SVT entonnoir ( petit en plastique ) agitateur magnétique et son barreau aimanté pH mètre Hanna ( non étalonné ) eau d’évian ( 100 mL ) solution d’acide chlorhydrique à 0,020 mol/L ( environ 70 mL par groupe) indicateur colorés : phénolphtléine, vert de bromocrésol pissette d’eau papier joseph solutions tampon 4 et 7