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
$\text{pH}=7,2$

• $\text{p}{\mathbf{K}}_{\text{A}}$ 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 $\left({\mathrm{Na}}^{+}(\mathrm{aq});{\mathrm{HO}}^{-}(\mathrm{aq})\right)$ 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$\cdot$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

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.