Dans les eaux d’alimentation, l’alcalinité est due principalement à la présence d’ions carbonate CO₃^2–

et d’ions hydrogénocarbonate HCO₃^– .

On donne les couples acido-basiques suivants ainsi que leurs pK_A respectifs :

On note (CO₂, H₂O / HCO₃^–) l’acide conjugué de l’ion hydrogénocarbonate.

1. On considère une eau d’alimentation dont le pH est de 8,0.

Donner la définition du pK_A du couple mettant en jeu  l’ion carbonate et calculer sa valeur.

Pour ce couple, calculer le rapport :

Définition du pK_A : pK_A= – log K_A

Rapport des concentrations :

2. Pour mettre en évidence la présence d’ions carbonate dans une eau d’alimentation, on ajoute une solution d’acide chlorhydrique :

du dioxyde de carbone se dégage.

-  Placer tous les couples acido-basiques sur un axe des pK_A et indiquer en les soulignant les espèces présentes.

-  Écrivez les deux équations bilans des réactions expliquant le dégagement de dioxyde de carbone.

-  Calculez leur constante de réaction. Peut-on considérer ces réactions comme totales  ?

-  Quelle est la particularité de l’ion hydrogénocarbonate  ? Donnez son qualificatif.

Les réactions 1 et 2 sont quasi totales

La réaction 1 consomme des ions hydronium et des ions carbonate et

donne des ions hydrogénocarbonate et de l’eau.

Les ions hydronium et carbonate réagissent quantitativement et s’éliminent.

Si l’on verse de l’acide chlorhydrique en excès, la réaction 1 s’arrête

lorsque tous les ions carbonate ont réagi et la réaction 2 commence.

La réaction 2 consomme des ions hydrogénocarbonate et des ions hydronium.

Il se forme du dioxyde de carbone. Comme la limite de solubilité de

dioxyde de carbone est vite atteinte, celui-ci se dégage.

L’ion hydrogénocarbonate est une espèce chimique capable de céder un proton :

L’ion hydrogénocarbonate est une espèce chimique capable de capter un proton :

L’ion hydrogénocarbonate est amphotère.

3. Pour mettre en évidence le dioxyde de carbone, on fait barboter ce gaz

dans une solution d’hydroxyde de calcium ou eau de chaux

(Ca²⁺  + 2 OH^– ), un précipité blanc de carbonate de calcium apparaît :

l’eau de chaux se trouble..

On précise que le carbonate de calcium est très peu soluble, contrairement à l’hydrogénocarbonate de calcium.

-  Écrivez les trois équations bilans des réactions expliquant la précipitation du carbonate de calcium.

-  Calculez pour les réactions acido-basiques, leur constante de réaction.

Expliquer pourquoi une eau riche en dioxyde de carbone, ruisselant lentement,

est capable de creuser des fissures ou des grottes dans les roches calcaires (essentiellement formées de CaCO₃).

La réaction 1 consomme des ions carbonate et entraîne la dissolution du carbonate de calcium.

K_R ≈ 10^{10,3 – 6,4}

K_R ≈ 7,9 x 10³ ≈ 10 ⁴

Réaction  pratiquement quasi totale