Aurélie mai 2001


spécialité terminale S

les eaux minérales ( sujet complémentaire 98)

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tests d'ions

dosage des ions Ca2+ et Mg2+.

On lit sur l'étiquette d'une eau minérale : ( en mg /L)

calcium 9,9 ; magnésium 6,1 ; sodium 9,4 ; potassium 5,7

chlorures 8,4 ; nitrates 6,3 ; sulfates 6,9 ; bicarbonates 65,3.

partie A : tests d'ions

  1. On verse 2 mL d'eau minérale dans un tube à essais et quelques gouttes de nitrate d'argent. Qu'observe t-on? Ce test prouve t-il la présence d'ion chlorures? pourquoi? Que ce passe t-il si on expose le tube à la lumière du jour.
  2. Proposer un test d'identification et écrire l'équation correspondante pour les ions calcium Ca2+ et les ions sulfate SO42-.

partie B : dureté de l'eau

  1. La dureté d'une eau est donnée par la concentration totale en ions calcium et en ions magnésium . On définit le titre hydrotimétrique (°TH) par : 1° TH = 10-4 mol/L. Calculer le titre hydrotimètrique de cette eau minérale.
  2. On désire doser l'ensemble des ions calcium et des ions magnésium contenus dans cette eau minérale. Pour cela on suit le processus espérimental suivant :
    - remplir une fiole jaugée de 100 mL avec l'eau à analyser jusqu'au trait de jauge. Verser ensuite dans un bécher de 250 mL., ajouter 10 mL de solution tampon à pH=10 puis une dizaine de gouttes de noir d'ériochrome T (NET).
    - Mettre un bareau aimanté dans le bécher et placer le tout sur un agitateur magnétique.
    - Remplir une burette de 25 mL avec une solution de sel disodique de l'acide éthylène diamine tétracétique (EDTA) de concentration molaire C' = 0,01 mol/L.
    L'équivalence est obtenue pour un volume V'= 5 mL de la solution d'EDTA versée.
    Ecrire les équations bilans des réactions des ions calcium et magnésium avec l'EDTA.
    Pourquoi utilise t'on un tampon de pH=10?
    Quel rôle joue le NET dans ce dosage?
    Calculer la concentration molaire des ions calcium et magnésium. La valeur trouvée est elle en accord avec les indications de l'étiquette.

données : masses molaires atomiques (g/mol : Ca=40 ; Mg = 24 ;

On notera le sel dissodique de l'acide éthylène diamine tétracétique Na2H2Y.

Le noir d'ériochrome T (NET) est violet en présence d'ions calcium et magnésium et bleu dans l'eau distillée. Sa couleur est très sensible aux variations de pH.

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corrigé


 

En présence d'ion chlorure Cl-, les ions argent donne un précipité blanc de chlorure d'argent AgCl

Ag+ + Cl- donne AgCl.

ce dernier noirçit lentement, si on l'expose à la lumière du jour.

En présence d'ion carbonate CO3- les ions calcium donnent un précipité blanc de carbonate de calcium CaCO3.

Ca2+ +CO3- donne CaCO3.

En présence d'ions baryum Ba2+ les ions sulfates donnent un précipité blanc de sulfate de baryum BaSO4.

Ba2+ + SO42- donnent BaSO4.

dureté de l'eau :

Qté de matière en mol dans un litre d'eau :

Ca2+ : 9,9 10-3 / 40= 2,475 10-4 mol/L

Mg2+ : 6,1 10-3 / 24= 2,542 10-4 mol/L.

total : 5,016 10-4 mol/L.

dureté : 5,016 °TH.

Na2H2Y+Ca2+ donne CaH2Y

Na2H2Y+Mg2+ donne MgH2Y

On utilise le tampon pH =10 pour les deux raisons suivantes :

A un pH fixé la couleur du noir d'ériochrome T (NET) est parfaitement déterminée; elle ne dépend que de la présence des ions calcium et magnésium en solution.

A pH inférieur à 10, ce n'est pas la forme disodique de l'EDTA qui serait majoritaire en solution; mais la forme acide tétracétique H4Y, peu soluble dans l'eau et la forme monosodique NaH3Y.

A pH supérieur à 10, les formes tri et tétrasodique de l'EDTA seraient majoritaires .

Le NET joue le rôle d'indicateur coloré de fin de réaction..

A l'équivalence les quantités de matière d'ions calcium et magnésium d'une part et d'EDTA sont égales à C'V' soit :

0,01* 5 10-3 = 5 10-5 mol dans 0,1 L d'eau à analyser.

Concentration des ions Ca2+ et Mg2+ : 5 10-5 /0,1 =5 10-4 mol/L

en accord avec les indications de l'étiquette.


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