Expérience : Dosage de l’acide contenu dans un soda par titrage pH-métrique.
Pour cette expérience, nous avons utilisé du Fanta, du Coca-Cola et du Coca-Cola light car elles
représentent toutes les trois, un type de sodas différents.
Les Sodas sont des boissons acides. Le Fanta ainsi que le Coca-Cola light contiennent de l’acide citrique
(acidity regulator E330), le Coca-Cola en revanche, contient de l’acide phosphorique (acidity regulator
E338). L’objectif des manipulations est de déterminer la concentration massique de ces acides dans
chacune des boissons et de vérifier si elles respectent bien la norme fixée à 0.6g.L-1.
Décoloration des boissons.
Avant tout, nous devons décolorer les boissons car leurs couleurs respectives nous empêcheront de voir le
changement de couleur lors de l’équivalence dans un dosage. Voilà pourquoi, il nous faut impérativement
procéder par cette étape avant le dosage de l’acidité.
Nous répétons ce protocole pour chacune des boissons utilisées.
Matériel :
2 bécher de 100 mL
100 mL de boisson dégazée (on a dégazé nos boissons en laissant le bouchon ouvert une semaine puis 30
minutes avec un agitateur magnétique pour être sur qu’il ne restait aucune trace de dioxyde de carbone)
Du charbon actif
1 entonnoir
1 papier filtre
1 agitateur en verre
1 spatule
Protocole expérimental :
Mesurer 100mL de boisson
Verser 4 cuillères de charbon actif à l’aide d’une spatule dans la boisson.
Bien remuer la solution avec l’agitateur en verre
Laisser reposer une dizaine de minutes
Filtrer la solution en rajoutant du charbon actif dans l’entonnoir
On obtient ainsi, une boisson totalement décolorée
(Si la boisson n’est pas transparente après une première filtration, recommencer une nouvelle fois)
Après mûre réflexion nous ne tiendrons finalement pas compte du changement de couleur car nous
effectuerons un dosage par « titrage pH-métrique », il ne sera pas donc nécessaire d’ajouter un indicateur
pH lors de la suite de l’expérimentation. Mais si vous souhaitez faire un dosage par équivalence, vous
devrez impérativement décolorer votre boisson et bien choisir votre indicateur pH en fonction de sa zone
de virage afin qu’il « encadre » la zone de l’équivalence. (Explications :
http://www.lachimie.fr/solutions/phmetrie/choix-indicateur-colore.php)
Dosage de l’acide
Il s’agit de doser la boisson choisie avec de la Soude de concentration à 0.02 mol.L-1 par une techinque
appelé « Titrage pH-métrique ».
Matériel :
50 mL de soude de concentration 0.02 mol.L-1
20mL de boisson dégazée (la nôtre sera décolorée, mais cela n’a pas d’importance pour notre expérience
puisque nous ne faisons pas un dosage à l’équivalence avec un indicateur pH)
1 bécher de 100 mL
1 pissette d’eau distillée
Pipette jaugée de 20 mL munie de son système d’aspiration
Une burette graduée
Agitateur magnétique muni de son barreau aimanté
pH-mètre
Protocole expérimental :
Prélever 20 ml de boisson à l’aide d’une pipette jaugé, puis verser dans un bécher de 100mL
Ajouter dans ce bécher 20mL d’eau distillée dans ce même bécher mesurés à l’aide d’une pipette
jaugé
Introduire dans le bécher le barreau aimanté
Placer le bécher sur l’agitateur magnétique
Rincer l’électrode du pH mètre avec de l’eau distillée (afin de nettoyer l’électrode et d’obtenir un
maximum de précision lors du titrage)
Mettre sous tension l’agitateur magnétique.
Une fois la solution correctement mélangée. Arrêter l’agitateur magnétique.
Introduire l’électrode du pH-mètre dans le bécher
Mettre sous tension le pH-mètre
Relever la valeur initiale de pH et la reporter dans un tableau
Ajouter 1mL de soude dans le bécher à l’aide de la burette graduée
Remettre sous tension l’agitateur magnétique
L’arrêter
Lire le pH, reporter sa valeur dans le tableau
Continuer le dosage en complétant le tableau au fur et à mesurer jusqu’à V=14mL de soude (ce
volume devrait être suffisant pour obtenir une solution basique pH=9)
Nous avons réalisé le montage ci-dessous :
Tableau de valeurs du pH pour chaque volume de soude ajouté lors du titrage :
Fanta :
Volume de soude en mL
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Valeur du pH
4.64 4.73 4.86 4.99 5.17 5.38 5.66 5.80 6.83 8.10 8.95 9.27 9.45 9.58 9.70
Coca-Cola light :
Volume de soude en mL
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Valeur du pH
6.74 6.95 7.18 7.48 8.20 8.50 8.84 9.18 9.53 9.71 9.84 10.13 10.44 10.56 10.65
Coca-Cola :
Volume de soude en mL
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Valeur du pH
6.07 6.28 6.59 6.74 7.01 7.21 7.44 7.64 7.75 7.81 8.54 8.95 9.39 9.59 9.81
On trace donc le graphique pH=f(V) représentant l’évolution du pH en fonction du volume de soude versé
pour chacune des boissons.
Ainsi, on retrouve donc le volume équivalent au premier saut de pH (cette notion étant au programme de
terminale S, nous avons fait des recherches dans des livres de physique-chime terminale S (tel que les
éditions Hachette et Bordas) et du fichier pdf issu d’internet :
http://www.lerepairedessciences.fr/sciences/agregation_fichiers/LECONS/CHIMIE/lc21.pdf), afin de savoir
quel saut de pH fallait-il étudier, nous en avons conclu qu’il s’agissait du premier saut tant pour l’acide
citrique que pour l’acide phosphorique). Après avoir tracé les tangentes, on retrouve le volume équivalent
de soude pour chaque boisson :
VéqFanta : 8.6mL
VéqCoca-cola light3.45mL
VéqCoca-cola: : 8.4mL
(En ce qui concerne les tangentes, si vous êtes novices nous vous conseillons de vous référer à ce site
internet très explicatif pour la construction de ces dernières :
http://www.lachimie.fr/solutions/phmetrie/methode-tangente.php)
Interprétation des résultats et calculs de la concentration d’acide citrique dans le Fanta et le Coca-
Cola light :
L’acide citrique a pour formule semi-développée :
Représentation 2D :
Et pour représentation 3D :
L’acide citrique (de formule C6H8O7 que l’on notera AH3) présente 3 groupes carboxyles (COOH) qui peuvent céder chacun 1 proton lors d’une réaction acido-basique (celui qui capte ces protons est appelé base et celui qui les libère acide d’où le nom de la réaction noté sous la forme Acide = base +
H), d’où 3 protons libérés par la molécule. L’acide citrique est donc un triacide. Le terme triacide signifie que 1 mol d’acide citrique libère 3 mol de protons. Chaque proton se fixe sur un ion hydroxyde et donc il faut 3 mol d’ions hydroxyde pour une mole d’acide. A l’équivalence il faudra donc verser 3 mol d’ions hydroxyde pour une mole d’acide citrique.
La réaction acido-basique avec l’acide-citrique correspond à : AH3 A ³- + 3H+
La réaction acido-basique avec la soude correspond à : NaOH Na+ + OH-
Les ions sodium étant des ions « spectateurs », ils n’interviennent pas dans la réaction.
Ce qui nous donne donc : OH- + H+ = H2O
On en conclut donc l’équation de la réaction support du titrage de type acido-basique entre l’acide-citrique
et la soude qui est :
AH3 + 3 OH- A3- + 3H2O
D’après ce que l’on vient d’expliquer, à l’équivalence on a 3n(HO-)éq = n(acide citrique)initial
On rappelle l’équation de la dilution qui est
Donc,
Calcul de la concentration massique d’acide citrique dans le Fanta :
Csoude = 2,0.10-2 mol.L-1
Véq= 8.6mL = 8.6.10-3 L
VFanta=2.0.10-2 L
A.N :
=
Or,
,
d’où et
. Ainsi on obtient donc la relation
On sait que, et =
A.N =
La concentration massique d’acide citrique contenue dans le Fanta est donc de
Calcul de la concentration massique d’acide citrique dans le Coca-Cola light :
Csoude = 2,0.10-2 mol.L-1
Véq= 3.45mL = 3.45.10-3 L
VCoca-Cola light=2.0.10-2 L
A.N :
=
Or,
,
d’où et
. Ainsi on obtient donc la relation
On sait que, et =
A.N =
La concentration massique d’acide citrique contenue dans le Coca-Cola light est donc de
Etude du dosage d’acide phosphorique dans le Coca Cola :
Représentation 2D :
Représentation 3D :
On a vu plus haut que le Coca-Cola ne contient pas le même acide que les boissons précédentes
mais de l’acide-phosphorique. Cet acide est également un « triacide » (trois groupes OH) il va donc
se passer le même phénomène lors d’une réaction acido-basique entre l’acide phosphorique et la
soude, que celui avec l’acide-citrique.
Les couples acido-basiques de la réaction sont :
OH- + H+ H2O
H3PO4 PO4³- + 3H+
L’équation de la réaction support du titrage de type acido-basique dans le Coca est donc :
H3PO4 + 3HO- 3H2O + PO4³-
Calcul de la concentration massique d’acide citrique dans le Coca-Cola light :
On sait que : Csoude = 2,0.10-2 mol.L-1 ; Véq= 8,4mL = 9,7.10-3 L ; VCoca-Cola =2.0.10-2 L
Or,
A.N :
=
On sait que, et
Or,
A.N =
La concentration massique d’acide citrique contenue dans le Coca-Cola est donc de
Synthèse de l’expérience : Chacune des trois boissons respectent la norme, nous allons donc maintenant
étudier les effets de l’acidité dans l’organisme et pour finir, nous déterminerons combien de sodas faudrait-
il boire avant que ça ne fasse effet d’après la DJA.