Une carafe filtrante diminue-t-elle la dureté de l'eau ?
Cet exercice de spécialité, noté sur 4 points et prévu pour environ 52 minutes, répond à une question de la vie courante à l'aide d'un titrage complexométrique. On compare la dureté de l'eau du robinet avant et après passage dans une carafe filtrante, puis celle d'une eau minérale conseillée pour les biberons. La notion clé est le titre hydrotimétrique, exprimé en degrés français : 1 °f correspond à 10-4 mol.L-1 d'ions calcium et magnésium.
Le protocole de titrage
La première question porte sur la verrerie : un volume de 20,0 mL connu avec précision se prélève à la pipette jaugée, et non à l'éprouvette graduée ou au bécher. Le titrage par l'EDTA est direct, puisque les ions Y4- versés réagissent avec les espèces titrées elles-mêmes, sans réaction intermédiaire. Comme chaque ion Ca2+ ou Mg2+ réagit avec un seul ion Y4-, la relation à l'équivalence est n(Ca2+) + n(Mg2+) = n(EDTA). Le piège est de vouloir écrire une égalité pour chaque ion : l'EDTA ne les distingue pas, le titrage donne leur somme. On en déduit la somme des concentrations, égale à c VE / V.
L'efficacité de la carafe
Avec c = 1,0 x 10-2 mol.L-1 et des volumes équivalents de 6,7 mL et 2,9 mL, on obtient 3,4 x 10-3 mol.L-1 pour l'eau non filtrée et 1,5 x 10-3 mol.L-1 pour l'eau filtrée. Les titres hydrotimétriques valent environ 34 °f et 15 °f. Le tableau de l'énoncé classe alors l'eau du robinet parmi les eaux dures et l'eau filtrée parmi les eaux douces, à la limite de la catégorie suivante. Le rapport des deux titres, voisin de 2,3, permet de conclure : la carafe est efficace, elle divise la dureté par plus de deux, sans retenir pour autant tous les ions calcium et magnésium. Une conclusion appuyée sur des valeurs chiffrées vaut mieux qu'un simple « oui ».
L'eau minérale pour biberons
La dernière question demande un vrai changement d'unité. L'étiquette donne des concentrations massiques, 78 mg.L-1 de calcium et 24 mg.L-1 de magnésium, qu'il faut convertir en concentrations molaires grâce aux masses molaires 40,1 et 24,3 g.mol-1. On trouve 1,95 x 10-3 et 9,9 x 10-4 mol.L-1, soit un total de 2,9 x 10-3 mol.L-1 et un titre d'environ 29 °f. Cette eau est donc nettement plus dure que l'eau filtrée par la carafe, et à peine moins dure que l'eau du robinet. Additionner directement les milligrammes par litre serait une erreur : la dureté compte des quantités de matière.
Conseils pour réussir
Justifiez le choix de la verrerie par la précision, écrivez la relation à l'équivalence avant tout calcul, convertissez les millilitres en litres et les milligrammes en grammes, et comparez toujours vos résultats au tableau de classement fourni par l'énoncé.