TS-Spé-Thème 1 : L’eau Séquence 1 : Eau et environnement Activité expérimentale La dureté de l’eau mots clés : érosion, concrétion, dissolution. Bordas page 16 A. Principe La légère acidité de l’eau de pluie due à la dissolution du dioxyde de carbone dans l’atmosphère entraîne la lente érosion de certaines roches carbonatées. On peut ainsi observer des paysages érodés, comme le Chaos de Montpellier-le-Vieux (Aveyron) (photo). La calcite CaCO 3 et la dolomite CaMg(CO 3 ) 2 , par exemple, se dissolvent dans l’eau en participant aux réactions acido-basiques suivantes : CaCO 3 (s) + H 2 O (l) + CO 2 (aq) = Ca 2+ (aq) + 2 HCO 3 - (aq) CaMg(CO 3 ) 2 (s) + 2 H 2 O (l) + 2 CO 2 (aq) = Ca 2+ (aq) + Mg 2+ (aq) + 4 HCO 3 - (aq) Lorsque les eaux souterraines charges en cations Ca 2+ (aq) et Mg 2+ (aq) ruissellent dans une grotte, elles s’évaporent, augmentant ainsi la concentration en minéraux. Les ions Ca 2+ (aq) et Mg 2+ (aq) forment avec les ions hydrogénocarbonates HCO 3 - (aq) des précipités selon les réactions inverses des précédentes. On observe alors des concrétions spectaculaires : stalactites (« tombe »), stalagmites (« monte »), draperies… La dureté d’une eau est une indication de sa concentration en ions calcium et magnésium B. Préparation du dosage Matériel : eau minérale solution d’EDTA à c 2 = 1,0 x 10 -2 mol.L -1 solution tampon de pH = 10 indicateur coloré NET On souhaite évaluer la dureté d’une eau minérale du commerce. Noter la marque utilisée sur votre compte- rendu. Pour cela, on dose les ions Ca 2+ (aq) et Mg 2+ (aq) présents dans un volume V 1 = 10,0 mL d’eau minérale, par une solution d’EDTA de concentration molaire c 2 = 1,0 x 10 -2 mol.L -1 . En milieu basique, les ions éthylènediaminetétraacétate « EDTA », notés Y 4- , réagissent avec les ions Ca 2+ (aq) et Mg 2+ (aq) pour former des complexes incolores selon les réactions : Ca 2+ (aq) + Y 4- (aq) = [CaY] 2- (aq) et Mg 2+ (aq) + Y 4- (aq) = [MgY] 2- (aq) Complexe : édifice polyatomique constitué d’un cation central lié à un ou plusieurs ions ou molécules l’entourant. Les réactifs et produits étant incolores, il faut utiliser un indicateur coloré pour repérer l’équivalence : on ajoute du noir d’ériochrome T « NET », de couleur bleue. Les ions calcium et magnésium forment alors avec le NET un complexe coloré rose. 1) Quel changement de couleur permet de repérer l’équivalence ? Pourquoi ? 2) Faire un schéma légendé du schéma. C. Mesure du volume équivalent Prélever V 1 = 10,0 mL d’eau minérale. Ajouter 20 mL de solution tampon de pH = 10 ( !!! forte odeur d’ammoniac !!!)
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TS-Spé-Thème 1 : L’eau Séquence 1 : Eau et environnement
Activité expérimentale
La dureté de l’eau
mots clés : érosion, concrétion, dissolution. Bordas page 16
A. Principe
La légère acidité de l’eau de pluie due à la dissolution du dioxyde de
carbone dans l’atmosphère entraîne la lente érosion de certaines
roches carbonatées. On peut ainsi observer des paysages érodés,
comme le Chaos de Montpellier-le-Vieux (Aveyron) (photo).
La calcite CaCO3 et la dolomite CaMg(CO3)2, par exemple, se
dissolvent dans l’eau en participant aux réactions acido-basiques
suivantes :
CaCO3 (s) + H2O (l) + CO2 (aq) = Ca2+ (aq) + 2 HCO3- (aq)
CaMg(CO3)2 (s) + 2 H2O (l) + 2 CO2 (aq) = Ca2+ (aq) + Mg2+ (aq) + 4 HCO3- (aq)
Lorsque les eaux souterraines charges en cations Ca2+ (aq) et Mg2+ (aq) ruissellent dans une grotte, elles
s’évaporent, augmentant ainsi la concentration en minéraux. Les ions Ca2+ (aq) et Mg2+ (aq) forment avec les ions
hydrogénocarbonates HCO3- (aq) des précipités selon les réactions inverses des précédentes. On observe alors
des concrétions spectaculaires : stalactites (« tombe »), stalagmites (« monte »), draperies…
La dureté d’une eau est une indication de sa concentration en ions calcium et magnésium
B. Préparation du dosage
Matériel : eau minérale solution d’EDTA à c2 = 1,0 x 10-2 mol.L-1 solution tampon de pH = 10 indicateur
coloré NET
On souhaite évaluer la dureté d’une eau minérale du commerce. Noter la marque utilisée sur votre compte-rendu.
Pour cela, on dose les ions Ca2+ (aq) et Mg2+ (aq) présents dans un volume V1 = 10,0 mL d’eau minérale, par une
solution d’EDTA de concentration molaire c2 = 1,0 x 10-2 mol.L-1.
En milieu basique, les ions éthylènediaminetétraacétate « EDTA », notés Y4-, réagissent avec les ions Ca2+ (aq)
et Mg2+ (aq) pour former des complexes incolores selon les réactions : Ca2+ (aq) + Y4- (aq) = [CaY]2- (aq) et Mg2+ (aq) + Y4- (aq) = [MgY]2- (aq)
Complexe : édifice polyatomique constitué d’un cation central lié à un ou plusieurs ions ou molécules l’entourant.
Les réactifs et produits étant incolores, il faut utiliser un indicateur coloré pour repérer l’équivalence : on
ajoute du noir d’ériochrome T « NET », de couleur bleue. Les ions calcium et magnésium forment alors avec le
NET un complexe coloré rose.
1) Quel changement de couleur permet de repérer l’équivalence ? Pourquoi ?
2) Faire un schéma légendé du schéma.
C. Mesure du volume équivalent
Prélever V1 = 10,0 mL d’eau minérale.
Ajouter 20 mL de solution tampon de pH = 10 ( !!! forte odeur d’ammoniac !!!)
TS-Spé-Thème 1 : L’eau Séquence 1 : Eau et environnement
Ajouter 1,5 mL de solution de NET
Réaliser le dosage, en commençant par un dosage rapide : verser la solution d’EDTA de 1 mL en 1 mL et noter le volume équivalent Véq approximatif
Puis procéder à un dosage plus fin, en versant l’EDTA goutte à goutte avant d’arriver à Véq. Noter la valeur
précise du volume équivalent obtenu : Véq = ___________ mL
D. Exploitation
3) Que signifie le terme « équivalence » lors d’un dosage ?
4) Que peut-on alors dire entre la quantité totale « n1 » d’ions Ca2+ (aq) et Mg2+ (aq), et la quantité d’EDTA
« n2,éq » versée à l’équivalence ?
5) En déduire une relation entre « c1 » (concentration molaire totale en ions Ca2+ (aq) et Mg2+ (aq)), « V1 »,
« c2 » et « Véq ».
6) Calculer la concentration molaire « c1 » de l’eau minérale utilisée.
7) Le titre hydrométrique « TH » mesure la dureté d’une eau. 1° correspond à une concentration de 0,1
mmol.L-1 (« millimol par litre ») d’ions Ca2+ (aq) et Mg2+ (aq).
A titre indicatif :
- De 0 à 5 ° TH : eau très douce
- De 5 à 15 ° TH : eau douce
- De 15 à 25 ° TH : eau mi-dure
- > 25 ° TH : eau dure
Déterminer le titre hydrométrique TH de cette eau.
Comment peut-on qualifier l’eau minérale dosée ?
Comparaison « valeur expérimentale » / « étiquette du fabriquant »
La teneur en minéraux est indiquée sur les étiquettes des eaux ci-contre.
8) Rappeler la relation entre « C » (concentration molaire), « Cm »
(concentration massique) et « M ».
9) A partir des données de l’étiquette, calculer la concentration
molaire de chaque ion : calcium puis magnésium.
Données. Masses molaires atomiques (g.mol-1):
M(Ca) = 40,1 M(Mg) = 24,3
10) Calculer la somme des concentrations molaires des ions calcium
et magnésium dans l’eau utilisée à partir de l’étiquette : on
note cette valeur fabriquant « C1, fab »
11) Comparer les deux valeurs « C1, fab » et « C1 » (trouvée en « 6 ») en
calculant l’écart relatif en % à l’aide de la formule :
Ecart relatif entre les deux valeurs = 100 x | |
(plus la valeur en % est faible, plus la mesure est précise)
TS-Spé-Thème 1 : L’eau Séquence 1 : Eau et environnement
Pour info : NET solide : beaucoup trop concentré.
préparer une solution de NET dissout : « 100 mL d’éthanol à 95% + 0,8 g de NET »
La solution tampon à pH = 10 doit être fraîche (moins d’une semaine) sinon pH différent de 10, et
l’EDTA ne forme pas le « bon » complexe avec les ions calcium et magnésium.
Ajouter papier blanc sous e bécher pour bien repérer l’équivalence
Schéma du montage :
Formule de l’EDTA :
N
N
CH2
CH2
O
OH
C
O
OHC
O
OH C
O
OH
C
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