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 !!!)

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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)

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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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