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EXERCICE III : ANALYSE D'UNE EAU MINERALE ? (5 points). Questions préalables. 1. Le diagramme de distribution ci-contre montre que lorsque le pH est ...




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EXERCICE III : ANALYSE D’UNE EAU MINERALE ? (5 points)

Questions préalables

1. Le diagramme de distribution ci-contre montre que lorsque le pH est inférieur à 8,2 :
- le pourcentage en ions carbonate CO32– (courbe noire avec des triangles noirs) est nul.
- le pourcentage en ions hydrogénocarbonate HCO3– (courbe bleue) est non nul, du moins tant que le pH reste supérieur à 4.
Par ailleurs, le pKa du couple HCO3– / CO32– est pKa2 = 10,3 donc pour une eau dont le pH est inférieur à 8,2 c’est bien l’ion HCO3– qui prédomine.
Ceci justifie l’affirmation : « On détermine le TAC si le pH d'une eau est inférieur à 8,2 car dans ce cas, l'eau contient pratiquement et uniquement des ions et ne contient pratiquement pas d'ions carbonate CO32–».

2. Les ions HCO3– sont titrés par les ions oxonium H3O+ de l’acide chlorhydrique. Les couples acide-base mis en jeux et les demi-équations acidobasiques sont donc :
CO2 ,H2O / HCO3– : HCO3–  + H+  EMBED Equation.DSMT4  CO2 ,H2O (1)
H3O+ / H2O : H3O+  EMBED Equation.DSMT4  H+ + H2O  (2)
L’équation de la réaction du titrage est alors (1) + (2) soit:
HCO3–  + H3O+ ( CO2 ,H2O + H2O

Le vert de bromocrésol rhodamine est un indicateur coloré dont la zone de virage est comprise entre pH = 3,5 et pH = 5,4. Cet indicateur coloré convient pour le titrage si le pH à l’équivalence du titrage appartient à la zone de virage de l’indicateur.
Déterminons graphiquement le point équivalent E du titrage à l’aide de la méthode des tangentes parallèles :  HYPERLINK "http://labolycee.org/anims/methode-tangente.swf" http://labolycee.org/anims/methode-tangente.swf
 
pHE = 4,5 : le pH à l’équivalence appartient bien à la zone de virage de l’indicateur. Le vert de bromocrésol rhodamine est bien un indicateur coloré adapté au titrage des ions hydrogéno-carbonate.

Remarque : pendant tout le titrage, le pH est bien inférieur à 8,2.
Problème
Question 1: Quelle est l’eau minérale analysée ?
Pour répondre à la question 1, il faut :
Étape 1 : déterminer la concentration molaire puis la concentration massique en ions HCO3– à partir de la courbe de titrage ;
Étape 2 : comparer la valeur trouvée à celles indiquées dans le tableau des eaux minérales.

Étape 1 :
Le volume VE d’acide chlorhydrique versé à l’équivalence est : VE = 15,0 mL.
À l’équivalence du titrage, les réactifs ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques de l’équation de titrage : HCO3–  + H3O+ ( CO2 ,H2O + H2O
Soit :  EMBED Equation.DSMT4 
donc [HCO3–].V = CA.VE
 EMBED Equation.DSMT4 
soit  EMBED Equation.DSMT4 = 6,00(10(3 mol.L(1.
La concentration massique en ions HCO3– est donc :
t(HCO3–) = [HCO3–].M
t(HCO3–) = 6,00(10(3 ( 61,0 = 0,366 g.L(1 = 366 mg.L(1.

Étape 2 :
Parmi les eaux minérales proposées, l’eau d’Evian a la concentration massique en ions HCO3– la plus proche avec 357 mg.L(1 .
Cette concentration est donnée à 5 % près donc la concentration en ions HCO3– dans l’eau d’Evian est comprise entre 357– EMBED Equation.DSMT4  = 339 mg.L(1 et 357+ EMBED Equation.DSMT4  = 375 mg.L(1.
La valeur 366 mg.L(1 trouvée grâce au titrage est bien comprise entre 339 et 375 mg.L(1.

Question 2 : Celle-ci satisfait-elle au critère de potabilité imposé à l’eau du robinet ?
Pour répondre à la question 2, il faut :
Étape 1 : déterminer le TAC de l’eau minérale étudiée ;
Étape 2 : le comparer à la valeur 50°f et conclure.

Étape 1 :
Par définition : « Le TAC, exprimé en degrés français (°f), est la valeur du volume d'acide (exprimée en mL) à une concentration molaire CA = 0,0200 mol.L-1 en ions oxonium H3O+ nécessaire pour doser 100,0 mL d'eau en présence de vert de bromocrésol rhodamine ».
Or on a dosé 50,0 mL d’eau minérale et obtenu un volume équivalent VE = 15,0 mL.
En dosant un volume de 100,0 mL d’eau minérale avec la même solution d’acide chlorhydrique, on aurait obtenu un volume équivalent égal à 30,0 mL. Le TAC de l’eau minérale est donc de 30°f.
Autre méthode : 1°f correspond à 12,2 mg.L(1 d’ions HCO3– donc pour une concentration massique de 366 mg.L(1 on a un TAC de :  EMBED Equation.DSMT4 = 30°f.
Étape 2 :
Comme le TAC de l’eau minérale est inférieur à 50°f, cette eau minérale est potable selon le critère de potabilité choisi.

Une proposition de grille d’évaluation :
 HYPERLINK "http://labolycee.org/2015/2015-Polynesie-Spe-Exo3-Correction-EauMineraleTAC.xlsx" http://labolycee.org/2015/2015-Polynesie-Spe-Exo3-Correction-EauMineraleTAC.xlsx
pHE = 4,5

VE = 15,0 mL

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