Exercices sur le titrage des ions dans une eau minérale, Exercices de Chimie
Renee88
Renee8823 April 2014

Exercices sur le titrage des ions dans une eau minérale, Exercices de Chimie

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Exercices de chimie sur le titrage des ions dans une eau minérale. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: le titrage par précipitation des ions chlorure, le titrage complexométrique des ions calcium, l'équation...
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Exercice III: titrage des ions dans une eau minérale (4 points) Spécialité

BAC S Centres étrangers 2010 EXERCICE Ill. TITRAGE DES IONS DANS UNE EAU MINÉRALE (4 points)

Les eaux minérales contiennent des espèces dissoutes. La législation impose un étiquetage précisant les quantités contenues dans un litre d’eau. Sur l’étiquette endommagée d’une bouteille d’eau minérale gazeuse, on peut lire les valeurs des concentrations massiques en ions données dans le tableau ci-dessous. Les valeurs concernant les ions chlorure et calcium ne sont plus lisibles.

Cation Sodium

Na+Potassium

K+ Calcium

Ca2+Magnésium

Mg2+

Concentration massique en mg.L-1

1708 132 ? 11

Anion Hydrogénocarbonate

HCO3- Chlorure

Cl –Sulfate SO42–

Fluorure F –

Concentration massique en mg.L-1

4368 ? 174 1

Cet exercice propose, en deux parties, deux méthodes de titrage pour retrouver les valeurs manquantes :

- un titrage par précipitation pour déterminer la concentration massique en ions chlorure Cl –, - un titrage complexométrique pour déterminer la concentration massique en ions calcium Ca2+.

1. Première partie : titrage par précipitation des ions chlorure On dégaze l’eau minérale par agitation et on prélève un volume V1 = 20,0 mL que l’on introduit dans un grand becher. On rajoute un volume d’environ 200 mL d’eau distillée. On plonge dans le milieu une cellule de conductimétrie. À l’aide d’une burette graduée, on ajoute progressivement une solution

aqueuse de nitrate d’argent (Ag+(aq) + NO3–(aq)) de concentration molaire c2 = 2,0010 –2 mol.L-1. Le mélange obtenu dans le becher est maintenu sous une agitation régulière La figure 1 de l’annexe (à

rendre avec la copie) donne la courbe d’évolution de la conductivité  du mélange en fonction du volume V2 versé de la solution de nitrate d’argent. 1.1. Compléter le schéma de la figure 2 de l’annexe (à rendre avec la copie) du dispositif utilisé

lors de ce titrage. 1.2. Lors de ce titrage, les ions chlorure Cl –(aq) réagissent avec les ions argent Ag+(aq) pour former

un précipité blanc de chlorure d’argent AgCI(s). La transformation associée à la réaction est totale. L’équation de la réaction de précipitation est la suivante :

Ag+(aq) + Cl –(aq) = AgCI(s)

1.2.1. Ce titrage est-il direct ou indirect ? 1.2.2. Compléter le tableau décrivant l’évolution du système à l’équivalence donné par la figure 3 de l’annexe (à rendre avec la copie). On note n2éq la quantité de matière (en mol) d’ions argent versée à l’équivalence. 1.2.3. En déduire !a relation entre la quantité initiale n1 en mol des ions chlorure et la quantité de matière n2éq (en mol) d’ions argent versée à l’équivalence.

1.3. Quel événement correspond au point d’intersection des deux segments de droite de la courbe de

la figure 2 de l’annexe ? En déduire la valeur du volume V2éq de la solution de nitrate d’argent versé à l’équivalence.

1.4. En utilisant les questions précédentes, calculer la concentration molaire c1 des ions chlorure dans

l’eau minérale étudiée.

1.5.La concentration massique t (exprimée en g.L-1) d’une espèce chimique X en solution est le produit de sa concentration molaire (exprimée en mol.L-1) par sa masse molaire moléculaire(exprimée en g.mol-1). Calculer la concentration massique notée t1 des ions chlorure dans cette eau minérale. On donnera le résultat en mg.L-1.

Donnée :masse molaire atomique du chlore M(Cl) = 35,5 g.mol-1. 2. Deuxième partie : titrage complexométrique des ions calcium On utilise comme solution titrante, une solution d’acide ÉthylèneDiamineTétraAcétique connue aussi sous le nom d’EDTA. Ce titrage se fait en présence d’un indicateur coloré de fin de réaction et d’une solution tampon permettant de maintenir le pH de la solution entre 9 et 10. On réalise le titrage d’un volume V’1 = 20,0 mL d’eau minérale par la solution d’EDTA de concentration molaire c’2 = 5,0x10–3 mol.L-1. À l’équivalence, le volume versé d’EDTA est V’2éq = 10,8 mL. 2.1.En milieu basique, l’EDTA contient des ions notés Y4–qui réagissent avec les ions calcium

(Ca2+) et magnésium (Mg2+) contenus dans l’eau minérale pour former des complexes très stables selon les équations :

Ca2+ (aq) + Y4–(aq) = [CaY]2– (aq) Mg2+ (aq) + Y4–(aq) = [MgY]2– (aq)

Soient ni(Ca2+) et ni(Mg2+) les quantités de matière initiales d’ions calcium et magnésium présents dans le volume V1 d’eau minérale, n’2Éq désigne la quantité de matière d’ions Y4- versée pour atteindre l’équivalence. Quelle relation lie ces trois quantités de matière ?

2.2. Montrer que la somme des concentrations molaires des ions calcium et magnésium est donnée

par la relation : [Ca2+] + [Mg2+] = ' . '

'

2 2Eq

1

c V

V

2.3. À l’aide de la valeur (donnée dans le tableau de l’introduction) de la concentration massique

des ions magnésium contenus dans l’eau minérale étudiée, en déduire la valeur de la concentration massique (en mg.L-1) des ions calcium dans cette eau.

Données : Masses molaires atomiques M(Ca) = 40,1 g.mol-1 M(Mg) = 24,3 g.mol-1

ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE

Question 1.3.

Figure 1

ANNEXE (SUITE) À RENDRE AVEC LA COPIE

Question 1.1.

Figure 2 Question 1.2.2.

équation chimique Ag+(aq) + Cl–(aq) = AgCl(s)

État du système Avancement

(mol) Quantités de matière (en mol)

État initial 0 n2Éq n1

En cours de transformation

x

À l’équivalence xÉq

Figure 3

……………………contenant la solution de ………………………

……………………

…………………..

………………..

……………

……………

……………..

……………… contenant un volume ….. d’eau ………… +

200 mL d’eau distillée

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