Aurélie 05/09/12
 

 

   Solution aqueuse d'acide phosphorique : Agrégation  2012.

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Les solutions aqueuses d'acide phosphorique de qualité alimentaire ont une densité comprise entre 1,6 et 1,7 pour un pourcentage massique d'acide phosphorique allant de 75 à 85 %.
Indiquer comment préparer 1,00 L d'une solution d'acide phosphorique à 0,10 mol/L à partir d'une solution commerciale ( 75 % en masse, densité d = 1,60).
Solution commerciale : masse d'acide pur dans 1 L : 1,60 *0,75 =1,2 kg ;
concentration : 1,2 103 / M(acide phosphorique) =
1,2 103 / 98 =12,2 mol/L.
Facteur de dilution F = 12,2 / 0,1 = 122.
Prélever 1000 / 122 ~8,2 mL de solution commerciale à l'aide d'une pipette jaugée et placée dans une fiole jaugée de 1,00 L contenant au 2/3 d'eau distillée. Compléter avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. Agiter pour rendre homogène.
le graphe pH = f(v) obtenu lors de la simulation du dosage de 20,0 mL de la solution obtenue par une solution d'hydroxyde de sodium de concentration molaire 0,20 mol/L est donné.

Ecrire les équations de la réaction correspondant à chacune des parties de la courbes.
De 0 à 10 mL : H3PO4aq + HO-aq = H2PO4-aq + H2O(l).
De 10 à 20 mL : H2PO4-aq+ HO-aq = HPO42-aq + H2O(l).
Pourquoi n'observe-t-on que deux sauts de pH alors que l'acide phosphorique est un triacide ?
HPO42-aq + HO-aq = PO43-aq + H2O(l).
La troisième acidité est trop faible pour être dosée : la transformation n'est pas totale à l'équivalence.
Pourquoi faut-il étalonner les solutions de soude destinées aux titrages acido-basiques des acides faibles ?
Le dioxyde de carbone de l'atmosphère est soluble dans l'eau. Il réagit avec les ions hydroxyde. La solution de soude est carbonatée et sa concentration change.
Quel est le rôle de chaque électrode utilisée pour un dosage pHmétrique ? Quelle est l'opération préalable  à un titrage pH-métrique ?
L'électrode de verre, électrode de mesure est sensible à la concentration aux ions oxonium ; l'autre électrode sert de référence. L'électrode combinée mesure Everre - Eréférence et traduit cette différence en unité pH grâce à l'étalonnage préalable à partir de deux solutions tampon étalon à températaure donnée.




En exploitant le premier saut de pH ( Véq = 9,4 mL ), évaluer la concentration en acide phosphorique dans la boisson.
Si seul l'acide phosphorique est dosé : H3PO4aq + HO-aq = H2PO4-aq + H2O(l).
A l'équivalence  n(
H3PO4aq) =  n(HO-aq) = 0,050*9,4 = 0,47 mmol dans 100 mL de boisson titrée.
[acide phosphorique ] = 0,47 / 100 = 4,7 10-3 mol/L.
Si seul l'acide phosphorique était dosé, quelle valeur atteindrait-on pour la seconde équivalence ?
2*9,4 = 18,8 mL.
Si le dégazage a été effectué de manière à atteindre l'équilibre thermodynamique à 298 K, quelle influence quantitative a la présence de CO2 aq sur les volumes aux équivalences ?
 nCO2aq étant très faible, sa présence n'aurait aucune influence.





Obtention d'acide phosphorique en TP.
Dans un becher de 600 mL, introduire 300 mL d'acide sulfurique à 0,5 mol/L et ajouter petit à petit sous agitation 15,5 g de phosphate tricalcique. Après une quinzaine de minutes, filtrer, récupérer fe filtrat et le laver à l'eau distillée. Sécher à l'étuve à 50 °C pendant 30 min et peser.
Prélever 50 mL de filtrat précédent et diluer 10 fois. A l'aide des indicateurs hélianthine et phénolphtaléine, réaliser les dosages concordants de 20,0 mL de la solution obtenue par la soude à 0,100 mol/L.
Expérimentalement, le précipité est un solide blanc et les volumes obtenus aux équivalences lors des dosages sont Véq1 = 8,6 mL pour le virage de l'hélianthine  et Véq2 = 14,4 mL pour le virage de la phénolphtaléine.
Lors du dosage, écrire le(s) équation(s) de la réaction traduisant la transformation jusqu'au virage de l'hélianthine.
Le phosphate tricalcique et en défaut et l'acide sulfurique en excès.
On dose donc les deux acidités de l'acide sulfurique en excès et la première acidité de l'acide phosphorique au virage de l'hélianthine :
H2SO4aq + HO-aq = HSO4-aq + H2O(l).
HSO4-aq + HO-aq = SO42-aq + H2O(l).
H3PO4aq + HO-aq = H2PO4-aq + H2O(l).
On définit le rendement en acide comme la quantité de matière d'ion H+ produite rapporté à la quantité de matière de H+ initial : h = 3 nH3PO4 formé / (2 nH2SO4 initial).
Montrer que la quantité d'acide sulfurique de départ n'a pas besoin d'être connue précisément pour évaluer le rendement défini. Calculer ce rendement.
A la première équivalence, virage de l'hélianthine : 2 nH2SO4 dosé + nH3PO4 = Véq1 CHO-.
Entre les deux équivalences, la transformation est modélisée par : H2PO4-aq+ HO-aq = HPO42-aq + H2O(l).
nH3PO4 = (Véq2-Véq1 ) CHO-.
Ca3PO4(s) + 3H2SO4aq = 2H3PO4aq + 3Ca2SO4(s).
nH2SO4 réagi = 1,5 nH3PO4 ;
nH2SO4 initial = nH2SO4 dosé + 1,5 nH3PO4 =½Véq1 CHO- - ½nH3PO4 + 1,5 nH3PO4 =½Véq1 CHO-nH3PO4 ;
nH2SO4 initial =½Véq1 CHO-+ (Véq2-Véq1 ) CHO- =CHO-(Véq2 -0,5Véq1).
2nH2SO4 initial =CHO-(2Véq2 -Véq1).
h = 3(Véq2-Véq1 ) / (2Véq2 -Véq1) = 3(14,4-8,6) / (28,8-8,6) =17,4 / 20,2 =0,86.



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