TP CH C 8 Titrage acido-basique des ions

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
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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 )
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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
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solutions tampon 4 et 7