| Bac S 2000 | Paris (National) (juin 2000) SPECIALITE | |
| Etude d'eaux minérales |
On se propose, au cours d'une séance d'activités expérimentales, d'identifier trois eaux minérales et de réaliser le dosage des ions chlorure d'une des eaux minérales.
Données :
Les tests, utilisés dans la question 1, permettant l'identification des ions chlorure, sulfate, hydrogéno-carbonate (ou bicarbonate) et calcium, présents en concentration suffisante, sont donnés dans le tableau suivant :
Tableau 1 |
Test : réactif et observation |
Nom de l'ion identifié |
Test complémentaire éventuel :
nature du test et observation |
Réactif : nitrate d'argent.
Observation : précipité blanc. |
Ion chlorure (Cl-)
ou
ion sulfate (SO42-) |
Ajout d'acide nitrique afin d'avoir un pH < 3 : dissolution du précipité de sulfate d'argent ; le précipité de chlorure d'argent persiste. |
Réactif : chlorure de baryum.
Observation : précipité blanc. |
Ion sulfate (SO42-) |
|
Réactif : acide chlorhydrique.
Observation : dégagement gazeux. |
Ion hydrogéno-
carbonate (HCO3-) |
|
Réactif : oxalate d'ammonium.
Observation : précipité blanc. |
Ion calcium (Ca2+) |
|
Masse molaire atomique : MCl = 35,5 g.mol-1
| Couples acide/base : |
(CO2,H2O)/HCO3- |
pKa1 = 6,2 |
|
HCO3-/CO32- |
pKa2 = 10,2 |
Le tableau 2 ci-dessous donne, pour trois eaux minérales, la concentration massique volumique exprimée en mg/L pour les ions étudiés ainsi que le pH de l'eau (indications lues sur les étiquettes).
Tableau 2 |
|
Eau minérale n°1 |
Eau minérale n°2 |
Eau minérale n°3 |
Ion chlorure (Cl-) |
|
8,4 |
235 |
Ion sulfate (SO42-) |
1479 |
6,9 |
138 |
Ion hydrogéno-carbonate (HCO3-) |
403 |
65,3 |
2989 |
Ion calcium (Ca2+) |
555 |
9,9 |
103 |
pH |
7,0 |
7,0 |
6,8 |
Lors de la séance d'activités expérimentales, on dispose de trois flacons identifiés A, B et C, et contenant chacun l'une des eaux minérales du tableau 2. On se propose de retrouver, pour chaque flacon, l'eau minérale qu'il contient.
Pour cela on effectue différents tests pour chacune des eaux contenues dans les flacons.
Les tests sont réalisés en prenant 3 mL d'eau minérale et 1 mL de réactif. Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau suivant (tableau 3).
Tableau 3 |
Réactif |
Flacon A : observations |
Flacon B : observations |
Flacon C : observations |
nitrate d'argent (0,1 mol.L-1) |
abondant précipité blanc |
abondant précipité blanc |
très léger précipité blanc |
Test complémentaire :
ajout d'acide nitrique |
précipité moins abondant |
disparition du précipité |
pas de modification |
chlorure de baryum (0,5 mol.L-1) |
léger précipité blanc |
abondant précipité blanc |
pas de précipité visible |
acide chlorhydrique (5 mol.L-1) |
dégagement gazeux |
pas de dégagement gazeux visible |
pas de dégagement gazeux visible |
oxalate d'ammonium (0,1 mol.L-1) |
précipité blanc en quantité moyenne |
abondant précipité blanc |
pas de précipité visible |
I. Identification des eaux minérales
1. Placer, sur un axe des pH, les domaines de prédominance des acides et des bases des deux couples faisant intervenir l'ion hydrogénocarbonate HCO3-. Justifier le fait que, dans le tableau 2, l'ion carbonate CO32- n'apparaisse pas.
2. Lorsque le test des ions hydrogénocarbonate est positif, on a un dégagement gazeux (voir tableau 1).
Ecrire l'équation-bilan de la réaction qui se produit. Nommer le gaz formé.
3. Déduire du tableau 3, en justifiant les réponses, la nature des ions ayant été mis en évidence dans chacun des flacons A, B et C.
4. Identifier, en justifiant les réponses, l'eau minérale présente dans chacun des flacons A, B et C (on utilisera le tableau 2, les résultats de la question précédente et les commentaires du tableau 3 relatifs à l'abondance des précipités ou du dégagement gazeux observés).
II. Dosage des ions chlorure dans l'eau minérale n°3
1. L'eau minérale n° 3 est une eau gazeuse. Avant de réaliser le dosage des ions chlorure, il faut dégazer cette eau.
Nommer un procédé permettant de réaliser cette opération (aucun schéma n'est demandé).
2. Le dosage des ions chlorure est réalisé par la méthode de Mohr :
- on introduit, dans un erlenmeyer, un volume Vo = 50,0 mL de l'eau minérale n° 3 et 10 gouttes d'une solution aqueuse de chromate de potassium ;
- on ajoute, peu à peu, dans l'erlenmeyer, une solution aqueuse de nitrate d'argent de concentration molaire volumique c = 2,5.10-2mol.L-1.
Le mélange est en agitation permanente, un précipité blanc se forme, de plus en plus abondant, puis on observe la formation d'un précipité rouge persistant ; on relève alors le volume de la solution aqueuse de nitrate d'argent ajouté : V = 13,3 mL. À l'apparition du précipité rouge (chromate d'argent), dû à la réaction entre les ions argent et les ions chromate (Cr2O72-), on considère que tous les ions chlorure, initialement présents dans le volume Vo de l'eau minérale, ont réagi avec tous les ions argent introduits en versant le volume V de la solution de nitrate d'argent.
2. a. Écrire l'équation-bilan de la réaction donnant le précipité blanc.
2. b. Déterminer la concentration massique volumique des ions chlorure dans l'eau n° 3.
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