Trop de fluor tue le fluor !

Une eau de consommation possède naturellement une certaine teneur en fluor, ainsi que d'autres minéraux. Ceux-ci sont donc susceptibles d'interférer lors du dosage : il est donc impératif d'isoler le fluor.

Pour cela, on ajoute de l'acide chlorhydrique dans l'eau pour abaisser le \text{pH} jusqu'à atteindre une valeur de 1{,}5. Puis la solution est chauffée à 25 °C en récupérant le gaz formé.

Ce gaz est mis à barboter dans de l'eau distillée jusqu'à sa dissolution complète et on abaisse à nouveau le \text{pH} à 1{,}5 par ajout d'acide chlorhydrique.

Toutes ces manipulations doivent être effectuées avec une verrerie en matière plastique, car l'acide fluorhydrique \text{HF(aq)} formé peut réagir avec le verre.

Minéralisation moyenne en (mg⋅L^-1)


Résidu à sec à 180 °C : 859 mg⋅L^-1
\text{pH} = 7{,}2

• \textbf{p}\bm K_\textbf{A} du couple \textbf{HF(aq)/F}^-\textbf{(aq)} : \text{p}K_\text{A}= 3{,}2
• Températures d'ébullition : \theta_\text{vap} \text{(HF)} = 19{,}5 °C, \theta_\text{vap} \text{(HCl)} = 48 °C,
  \theta_\text{vap} \text{(HNO}_3) = 121 °C et \theta_\text{vap} \text{(H}_2 \text{SO}_4) = 337 °C
• Masses molaires atomiques : M\text{(H)} = 1{,}0 g⋅mol^-1 et
  M\text{(F)} = 19{,}0 g⋅mol^-1

1.1 Placer le \text{pH} de la solution et le \text pK_\text{A} du couple \text{HF(aq)/F}^-\text{(aq)} sur le diagramme de prédominance.

1.2 Après passage à \text{pH} = 1{,}5, identifier la forme des espèces (acide ou basique). À 25 °C, repérer le seul acide à devenir gazeux à l'aide des données fournies.

1.3 Faire le bilan des espèces en solution.

On réalise le dosage de l'acide fluorhydrique \text{HF(aq)} présent dans l'eau distillée. La solution titrée possède un volume V_\text{A} = 100{,}0 mL.
Le réactif titrant est une solution d'hydroxyde de sodium \left(\mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq}) ;  \mathrm{HO}^{-}(\mathrm{aq})\right) de concentration c_\text{B} = 1,00 \times 10^{-3} mol⋅L^-1.

On effectue un suivi pH-métrique du titrage dont les relevés de mesures sont représentés sous forme de graphique \text{pH} = f(V)

2.1 Faire un bilan des espèces chimiques présentes dans la solution.

2.2 Pour le volume à l'équivalence, repérer la forte variation de \text{pH}.

2.3 Retrouver la concentration indiquée à partir des quantités de matière introduites à l'équivalence.

2.4 Justifier la réponse à partir du protocole utilisé.

2.5 Convertir la concentration trouvée en (g\cdotL^-1) et reprendre le doc. 2.

2

Suivi pH-métrique du dosage du fluor dans l'eau

2.1 Écrire l'équation de la réaction support de ce titrage.

2.2 Déterminer graphiquement le volume à l'équivalence V_\text{E} en expliquant la méthode utilisée.

2.3 En déduire que la concentration en acide fluorhydrique est
c_\text{A} = 6{,}83 \times 10^{-5} mol⋅L^-1.

2.4 Justifier que cette concentration est égale à celle des ions fluorure dans l'eau minérale de départ.

2.5 Retrouver la concentration en masse des ions fluorure dans l'eau minérale et la comparer avec celle indiquée sur l'étiquette.

3

Fluor au quotidien
3.1 Calculer la masse maximale admissible de fluor pour un enfant de 20 kg et pour un adulte de 80 kg.

3.2 Si l'on utilise 1 g de dentifrice à chaque brossage et que l'on boit 1{,}5 L de l'eau minérale étudiée en amont, calculer la masse de fluor consommé quotidiennement.

3.3 Conclure quant à l'utilisation du dentifrice et de l'eau utilisée pour le brossage de dents d'une famille.

3.1 La quantité optimale journalière de fluor par kg étant connue, remonter à la masse maximale admissible pour les deux cas.

3.2 Calculer la masse de fluor correspondant à 1 g de dentifrice et 1{,}5 L d'eau potable.

3.3 Comparer les masses trouvées dans les questions 3.1 et 3.2.