Doser les carbonates d'une eau minérale

Cet exercice de spécialité de 4 points du bac S 2004 Polynésie rattrapage (ancien programme) étudie une eau minérale riche en ions hydrogénocarbonate. Il définit deux grandeurs utilisées pour caractériser une eau, le titre alcalimétrique TA et le titre alcalimétrique complet TAC, et les détermine à partir d'un titrage pH-métrique par l'acide chlorhydrique. La courbe du pH et celle de sa dérivée sont fournies en annexe, à compléter.

Partie 1 : le titre alcalimétrique TA

Questions 1.1 et 1.2 : pH et espèce prédominante

Le pH de l'eau se lit au départ de la courbe, pour un volume d'acide nul : pH = 7,0. Le piège est de lire la mauvaise courbe, car l'annexe en superpose deux. Le diagramme de prédominance, construit avec pKa = 6,3 et pKa = 10,3, montre que l'ion hydrogénocarbonate HCO₃^-, espèce amphotère, prédomine entre ces deux valeurs, donc dans cette eau.

Questions 1.3 à 1.5 : la phénolphtaléine

À pH 7,0, inférieur à 8, la phénolphtaléine est incolore. L'ajout d'acide fait encore baisser le pH : l'indicateur ne change jamais de couleur et aucun volume équivalent ne peut être repéré. Le TA est donc nul : l'eau ne contient pratiquement pas d'ions carbonate.

Partie 2 : le titre alcalimétrique complet TAC

Questions 2.1 et 2.2 : la réaction de titrage

L'espèce titrée est HCO₃^-, qui se comporte en base face à l'ion oxonium et donne CO₂,H₂O. Pour 14,0 mL d'acide versé, la quantité introduite vaut 2,8 × 10⁻⁴ mol, alors qu'il en reste environ 6,4 × 10⁻⁷ mol dans un volume total de 64,0 mL : la réaction est quasi totale et convient pour un titrage. Il ne faut pas oublier de prendre le volume total du mélange.

Questions 2.3 et 2.4 : équivalence et indicateur

Par la méthode de la dérivée, l'équivalence correspond à l'extremum de la courbe dérivée : V_aE = 14,5 mL, et la courbe du pH donne pH_E = 4,5. Ce pH appartient à la zone de virage du vert de bromocrésol, de 3,8 à 5,4, qui convient donc.

Questions 2.5 à 2.7 : concentrations et TAC

À l'équivalence, C = 5,8 × 10⁻³ mol/L. Avec une masse molaire de 61 g/mol, la concentration massique vaut 0,35 g/L. Le TAC, défini pour 100 mL d'eau alors que le titrage portait sur 50,0 mL, vaut 29 : le piège est de répondre 14,5.

Conseils

Lisez attentivement les définitions données par l'énoncé et repérez sur quel volume elles portent. Le corrigé détaillé présente l'annexe complétée avec le point d'équivalence et un diagramme de prédominance.