Ca Mg 10 + Ca + H2Y (CaY) + 2H Mg + H2Y (MgY) + 2H

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Description

Ca Mg 10 + Ca + H2Y (CaY) + 2H Mg + H2Y (MgY) + 2H

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Extrait

1 TS ESF.

TP de chimie.

Détermination de la dureté d'une eau par complexométrie.

I) Dureté d'une eau.

Les eaux sont plus ou moins calcaires, en chimie on dit qu'elles sont plus ou moins dures. Une eau est d'autant plus dure qu'elle

contient d'avantage d'ions calcium et d'ions magnésium , métaux de la famille des alcalino-terreux (2

ème

colonne de la classification

périodique des éléments chimiques).

La dureté d'une eau est donnée par la concentration totale en ions alcalino-terreux Ca

2+

et Mg

2+

, notée [M

2+

]. Elle s'exprime en degrés

hydrotimétriques (T.H) français (°f).

Une dureté de 1 T.H correspond à une concentration en ions alcalino-terreux [M

2+

] de 10

-4

mol.L

-1

. Soit la relation générale qui en

découle : °f =

[

]

[

]

Ca

Mg

2

2

4

10

+

+

-

+

On peut classifier sommairement les eaux en quatre catégories : - eaux très douces :

dureté de 0 à 5°f

- eaux douces :

dureté de 5 à 15 °f

- eaux demi-dures :

dureté de 15 à 25 °f

- eaux dures :

dureté supérieure à 25°f.

Pour les eaux potables, la dureté doit être inférieure à 30°f, l'optimum se situant entre 12 et 15 °f. Pour une eau minérale, la dureté peut

varier entre 5°f et 150°f.

II) Réactions de dosage.

On va utiliser un complexant très connu ; l'

E

thylène

D

iamine

T

étra

A

cétate (EDTA). En milieu basique ou nous procéderons, il sera

noté H

2

Y

2-

. Pour réaliser notre dosage, il faut que la réaction de complexation soit rapide et totale et on doit travailler dans un milieu

réactionnel de pH

≈

10. Les deux réactions de dosage s'écrivent ;

Ca

2+

+

H

2

Y

2-

→

(CaY)

2-

+

2H

+

Mg

2+

+

H

2

Y

2-

→

(MgY)

2-

+

2H

+

Dans 2 tubes à essais, verser dans l'un 2 mL d'une de chlorure de calcium, verser dans l'autre 2 mL d'une solution de chlorure de

magnésium, ajouter dans chaque 1 mL de solution de pH = 10. Verser dans chaque 2 mL de solution d'EDTA et noter l'absence de

couleurs (et oui ! complexe ne veut pas dire coloré). On va donc doser une solution incolore (l'eau) et obtenir des produits incolores

(complexes MY

2-

). Impossible donc de détecter le fameux volume équivalent, volume de solution titrante versé pour faire disparaître

tous les ions Ca

2+

et Mg

2+

initialement présents.

III) Indicateur de fin de réaction.

On va utiliser le Noir Eriochrome T que ses amis (les chimistes) appellent NET.

a) Vérifier sa couleur en milieu basique en versant une

très très très

faible quantité de NET dans 5 mL de la solution de pH = 10.

b) Faire deux parts quasi égales de la solution précédente dans laquelle il y a du NET en milieu basique. Verser dans l'une 2 mL de

chlorure de magnésium et dans l'autre 2 ml de chlorure de calcium. Observer les couleurs et conclure. Expliquer comment le NET peut

servir d'indicateur de fin de dosage des ions M

2+

par l'EDTA.

IV) Dosage des ions M

2+

.

On cherche à déterminer la concentration notée C en ions M

2+

dans différentes eaux d'usage courant. On testera successivement l'eau

du robinet, l'eau d'Evian, l'eau de Contrexeville et l'eau de Volvic en utilisant des volumes de prise d'essai du tableau ci-dessous. Vous

disposez de deux burettes, appelées 1 et 2.

Remplir la burette 1 avec une solution d'EDTA de concentration molaire volumique C

1

= 1,0

×

10

-2

mol.L

-1

pour doser Contrex et l'eau

du robinet.

Remplir la burette 2 avec une solution d'EDTA de concentration molaire volumique C'

1

= 1,0

×

10

-3

mol.L

-1

pour doser l'Evian et la

Volvic.

Prélever

(en

passant

par

un

bécher

intermédiaire) précisément un volume V à

la pipette jaugée.

L'introduire dans un erlenmeyer de 150 mL,

ajouter environ 3 mL de la solution de pH =

10 (prélevée à l'éprouvette graduée).

Ajouter une pointe de spatule de NET. Repérer la couleur initiale du NET (qui doit confirmer vos observations du III).

Faire un premier dosage très rapide permettant de repérer grossièrement le volume équivalent V

éq

de solution d'EDTA à verser pour

faire disparaître toalement les ions M

2+

. Puis refaire un second dosage, précis autour de la zone de virage de l'indicateur afin d'obtenir

le volume équivalent le plus fin possible. Noter ce volume : V

éq

.(volume équivalent).

V) Exploitation des résultats.

a)

Ecrire la relation liant la quantité de matière d'EDTA versé à l'équivalence (n

1

) et la quantité d'ions M

2+

présents dans l'erlenmeyer

au début du dosage (n). En déduire une relation entre C

1

(ou C'

1

), V

éq

, C et V.

Les résultats de ces deux questions

b)

Calculer les concentrations molaires volumiques C en ions M

2+

de chacune de ces eaux.

sont à présenter dans un tableau.

c)

En déduire leur degré hydrotimétrique.

d)

Comparer pour les eaux minérales aux valeurs lues sur l'étiquette (petits calculs à faire).

eau

robinet

Evian

Contrexeville

Volvic

Volume de la prise

d'essai, V en mL

40

5

10

10