Thème Nourrir l'humanité

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Niveau: Secondaire, Lycée, Première
Thème : Nourrir l'humanité 1L/1ES Activité : Etude qualitative d'une eau minérale Objectif : Comparer les résultats expérimentaux observés avec les valeurs données sur les étiquettes de quelques eaux minérales. I. Composition chimique d'une eau minérale Activité.1 : Etiquettes d'eaux minérales a) A l'aide des indications portées sur leurs étiquettes (Voir fiche annexe), compléter le tableau suivant en indiquant la composition minérale de chacune des eaux. Concentration des ions en mg.L-1 Calcium Ca2+ Magnésium Mg2+ Sodium Na+ Potassium K+ Sulfate SO4 2- Hydrogénocarbonate (ou bicarbonate) HCO3 - Chlorure Cl- Nitrate NO3 - Evian Volvic Contrex Vittel Vichy St-Yorre b) Indiquer pour chacune des eaux minérales la masse de son résidu à sec, indiquée sur son étiquette. Eau minérale Résidu à sec en mg Evian Volvic Contrex Vittel Vichy St-Yorre c) Les eaux dont le résidu à sec dépasse 2 g.L-1 ne sont pas conseillées pour la consommation courante. Quelles sont parmi les eaux du tableau précédent celles qui ne sont pas adaptées à une consommation courante ? d) Classer les différentes eaux minérales en eaux fortement, moyennement et faiblement minéralisées.

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Publié le : mardi 29 mai 2012
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Thème: Nourrir l’humanité1L/1ES Activité:Etude qualitative d’une eau minéraleObjectif : Comparer les résultats expérimentaux observés avec les valeurs données sur les étiquettes de quelques eaux minérales. I. Composition chimique d’une eau minérale Activité.1: Etiquettes d’eaux minéralesa)A l’aide des indications portées sur leurs étiquettes(Voir fiche annexe), compléter le tableau suivant en indiquant la composition minérale de chacune des eaux. -1 Concentration des ions en mg.L NitrateSulfate Hydrogénocarbonate ChlorureSodium PotassiumCalcium Magnésium 2+ 2++ +2- -- CaMg NaK SO4NO (oubicarbonate) Cl3 - HCO3 EvianVolvicContrexVittelVichySt-Yorre b)Indiquer pour chacune des eaux minérales la masse de son résidu à sec, indiquée sur son étiquette.  Eauminérale Résiduà sec en mg EvianVolvicContrexVittelVichy St-Yorre- 1 c)ne sont pas conseillées pour la consommation courantLes eaux dont le résidu à sec dépasse 2 g.Le. Quelles sont parmi les eaux du tableau précédent celles qui ne sont pas adaptées à une consommation courante ? d)Classer les différentes eaux minérales en eaux fortement, moyennement et faiblement minéralisées. e)On distingue plusieurs catégories d’eauselon les ions présents en plus grande quantité : - Leseaux bicarbonatées calciques -Les eaux chlorurées sodiques  -Les eaux sodiques bicarbonat ées- Leseaux sulfatées calciques  Aquelle catégorie appartient chacune des eaux étudiées précédemment ? f)entes eaux minérales étudiées.quant aux compositions chimiques des différhès eEtablir en quelques lignes une synt  Activité.2 : Testsioniques ence de quelques ions dans une eauminérale peut être mise en évidence en réalisant des tests ioniques.La prés Ces tests sont basés sur l’utilisation de réactifs adaptés.2+ 2- Onrappelle dans le tableau qui suit les deux tests correspondant aux ions calcium Caet ions sulfate SO4:
Ion 2+ Calcium Ca
2-Sulfate SO4
Réactif Oxalate d’ammonium
Chlorure de baryum
Observations
Précipité blanc
Précipité blanc
1L/1ES 1/4
Dans 5 tubes à essais, verser à l’aide d’une pipette5 mL de chaque eau minérale à étudier. Verser 4 gouttes de solution du réactif adapté dans les tubes à essais. 2+ Noter dans le tableau suivant la présence ou non de l’ion Ca. Noter d’un: +: (Ion présent) =ent): (Ion moyennement prés -ent): (Ion faiblement prés Vichy St-YorreEvian VolvicContrex Vittel 2+ Classer les eaux minérales, decelle qui contient le moins d’ions Caà celle qui en contient le plus). 2-Réaliser les tests pour les ions sulfates SO4et compléter le tableau suivant : Vichy St-YorreEvian VolvicContrex Vittel 2-Classer les eaux minérales,de celle qui contient le moins d’ionsSO4à celle qui en contient le plus). l’ensemble de vos résultats aux indications des étiquettes des différentes eaux minérales.Compar erII.Dureté d’une eau2+ 2+ Une eau contenant beaucoup d’ions magnésium Mget calcium Caest une eau << dure >>. 1.Expérience.1 : Etudede l’action d’une eau savonneuse sur différentes eaux minéralesTest à l’eau savonneuse: Dans trois tubes à essais différents verser 5 mL de différentes eaux (Volvic, Evian et Vittel) puis y ajouter 10 gouttes de  laliqueur de savon. Boucher l’extrémité de chaque tube avec un bouchon puis le retourner sans agiter afind’homogénéiser lemélange. Observations :  Complètele schéma ci-dessous, en indiquant l’importance du trouble (précipité) qui apparaît dans chaque tube: Volvic EvianVittel Interprétations : Plus les troubles sont importants plus les eaux sont dures, plus leur degré hydrotiHF) ou (°F) estmétrique français (°T important. 2+ 2+ Les ions calciumCa etles ions magnésium Mgnuisent à l’action des savons et des lessives. Dans ces dernières un anticalcaire est ajouté, il fixe les ions calcium et magnésium et évite ainsi la formation de précipités avec les détergents. Les eaux dures peuvent aussi former des produits qui entartrent les canalisations et les installations de chauffage. 1L/1ES 2/4
2.Comparaison des duretés de trois eaux minéralesa)Compléter le tableau suivant :
Concentration totale en ionsConcentration en ionsConcentration en ionsEaux minérales 2+ -12+ -1-1 calcium Ca(mg.L )magnésium Mg(mg.L )calcium et magnésium (mg.L)  Volvic Evian Vittelb)mentaux sont en accorIndiquer si les résultats expérid avec les indications des étiquettes . c)Comparer le °THFde l’eau deContrexéville par rapport aux °THF des trois eaux minérales ci-dessus (justifier  lerésultat par un calcul simple)  3. Degré hydrotimétrique françaiset dureté d’une eau: eux éléments minéraux et organiques dont la richesseest fonction des sols qu'elle aL'eau est composée de nombr  traversé. Quandl'eau contient une quantité significative de calcium (Ca) etde magnésium(Mg), on dit qu'elle est dure ou calcaire.  Enréalité dans l'eau froide, il n'y a pas de calcaire mais du calcium et du magnésium, c'est à dire deux bons sels  minérauxet ce n'est qu'en chauffant l'eau que ces minéraux calciumet magnésiumse transforment en carbonate de  calciumet carbonate de magnésiumappelés communément calcaire ou tartre. 2+  Ainsi,ladureté de l'eau) et des ions de magnésiumdépend principalement de la concentration des ions de calcium (Ca 2+  (Mg). Les ions du fer, de l'aluminium et du manganèse moins concentrés n'interviennent que modérément dans la dureté de l’eau. L'unitéutilisée pour exprimer ladureté de l'eauest ledegré hydrotimétrique français (°F)ou leTitre Hydrotimétrique(°THF)à la dureté d'une solution contenant 10 mg/L de carbonate de calcium (CaCO3).qui correspond  Un°F équivautà 4 mg de calcium par litre et à 2,4 mg de magnésium par litre.  LeTH est inférieur à 10°F, l'eau esttrès douce età tendance naturelle corrosive. De 10 à 20°F l’eau estdouce.  Dansces 2 cas il ne faut surtout rien faire qui réduirait le TH. La limite inférieure du degré hydrotimétrique pour les  eauxdestinées à la consommation humaine et n'ayant pas subi de traitement thermique est fixée à 15°F. Un peu de tartre  protègeles canalisations et évitele risque de corrosion qui dissout les métauxdes canalisations tels quele fer ou  leplomb nocif pournotre organisme.  De20 à 30°F, l'eau est réputéemoyennement dure. Le ministère de la santé qualifie d'idéal un TH compris entre 15° et  25°Fpour l'eau de consommation.  De30 à 40°F, l'eau est définiedureettrès dure au-delà de 40°F, l'usage d'un adoucisseur doit être envisagé. Le tartre  estresponsable de surcoûts (énergie, lessives, détartrants) et de dégradations importantes au niveau des cumulus,  chaudièreset robinetteries. IV.pH d’une solution aqueuse1. Signification du pH d’une solution: + LepH d’une solution permet de caractériser son acidité due à la présence plus ou moins importante des ions H3O .  Lavaleur du pH varie de 0 à 14. Pour unpH7solution: laest acide Pour unpH = 7: la solutionest neutre Pour unpH7 : la solutionest basique0 714 pH Solutions acidesSolutions basiques Basicité croissante Acidité croissante Solutions neutres 1L/1ES 3/4
2.pH d’une eau minérale: Relever la valeur du pH sur les différentes étiquettes des eaux étudiées prtableau suivant :écédemment et compléter le  Eauminérale Evian Volvic ContrexVittelVich St-YorreClasser ces différentes eaux en : - Eauacide -Eau basique- Eauneutre -Eau légèrementacide -Eau légèrement basique 3. Mesurede la valeur du pH :  3.1.Pa pierindicateur universel (ou papier pH) : met d’avoir un ordre de grandeur de la valeur du pH.Le papier pH perOn dépose une gouttede la solution à l’aide d’un agitateuren verre sur un petit morceau de papierpH, suivant la couleur prise par le papier, et par comparaisonsur l’échellede teinte, on déduit une valeur approchée (à l’unité près) du pH.3.2. Le pH-mètre : expérience au bureau  Pourdéter minerla valeur du pH avec plus de précisionil suffit d’utiliser un pH-mètre muni de son électrode.  Celui-cidoit être préalablement être étalonné avec des solutions de pH parfaitement connu appelées solutions tampons. Déter minonsla valeur du pH dees eaux rencontrées précédemment à l’aide d’un pHs différentet complétons- mètre,  letableau suivant : minérale pH Eau EvianVolvicContrex Vittel VichySt-YorreContrexéville1L/1ES 4/4
 Ficheannexe : Etiquettes de quelques eaux minérales
 Compositionen mg/L Calcium = 103 Magnésium = 10 Sodium = 1172 Potassium = 66 Chlorure = 235 Sulfate = 138 Bicarbonate = 2989 Fluor = 5 Résidu sec à 180°C = 3325 pH = 6,8
Calcium = 78
Silice = 13,5
Nitrate = 3,8
Composition en mg/L Magnésium = 24Sodium = 5 Bicarbonate = 357Sulfate = 10 Résidu sec à 180°C = 309
Potassium = 1 Chlorure = 4,5 pH = 7,2
Composition en mg/L Calcium = 202Magnésium = 43 Sodium = 4,7Fluor = 0,28 Nitrate = 4,6Sulfate = 336 Composition en mg/L Hydrogénocar bonate= 402Résidu sec à 180° C = 841 Calcium = 9,9 Magnésium = 6,1 Sodium = 9,4 Potassium = 5,7 Silice = 30 Bicarbonate = 65,3 Sulfate = 6,9 Chlorure = 8,4 Nitrate = 6,3 Résidu sec à 180°C = 109 pH = 7  Compositionen mg/L  Calcium= 486  Magnésium= 84  Sodium= 9,1  Nitrate= 2,7  Hydrogénocarbonate= 403 = 3,2 Potassium  Résidusec = 2125  Sulfate= 1187  Chlorure= 8 H = 7 2  Compositionen mg/LCalcium = 90Magnésium = 11Sodium = 1708Potassium = 132  Hydrogénocarbonat e= 4368Sulfate = 174Chlorure = 322Fluor =9 Résidu sec à 180° C = 4774pH = 6,6
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