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
$\text{pH}=7,2$

• $\text{p}{\mathbf{K}}_{\text{A}}$ du couple ${\text{HF(aq)/F}}^{-}\text{(aq)}$ : $\text{p}{K}_{\text{A}}=3,2$
• 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 $\text{p}{K}_{\text{A}}$ 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 $\left({\mathrm{N}\mathrm{a}}^{+}(\mathrm{a}\mathrm{q});{\mathrm{H}\mathrm{O}}^{-}(\mathrm{a}\mathrm{q})\right)$ 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$\cdot$L^-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.

3.1 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.

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.