TP n°5 : DOSAGE DE L`ACIDE PHOSPHORIQUE D`UNE BOISSON

Spécialité TS – TP chimie - Effectuer des contrôles de qualité
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TP n°5 : DOSAGE DE L'ACIDE PHOSPHORIQUE D'UNE BOISSON AU COLA
1 - Introduction
La formule du Coca-Cola® serait tenue secrète. Elle demeure, depuis sa création, un mystère soigneusement entretenu.
En réalité il s'agit là d'un secret purement marketing, des chimistes ayant depuis longtemps analysé précisément la formule du
Coca.
Sa saveur particulière provient principalement du mélange de sucres et des essences d'orange, de citron et de vanille. Les
autres ingrédients (acide phosphorique...) interviendraient moins dans son goût. Chaque fabricant sous licence de la boisson
reçoit le concentré dans de gros flacons et se contente d'y ajouter l'eau. Comme l'eau n'a pas tout à fait le même goût dans les
différentes régions, on peut trouver que celui du Coca-Cola varie entre différents pays.
L'effet stimulant originel était produit par la cocaïne contenue dans les feuilles de coca et par la caféine des noix de cola. En
1906, le Coca-Cola®, vendu comme tonique pour le cerveau, fut quasiment privé de cocaïne (1/400e de grain par once de
sirop), cette proportion persistant jusqu'en 1929. La technologie a désormais supprimé toute cocaïne du Coca-Cola®. La
caféine subsista avec un taux réduit pour que la boisson conserve sa dimension stimulante.
La compagnie Coca-Cola est le plus grand consommateur mondial d'extrait de vanille naturelle. Ainsi, quand une nouvelle
formule fut utilisée en 1984 pour le New Coke, l'économie de Madagascar s'écroula. En effet, la nouvelle formule utilisait un
substitut synthétique (la vanilline) et les achats d'extrait de vanille furent divisés par deux. Inversement, la sortie récente d'une
formule à la vanille a fait monter les prix.
La vanilline reproduit exactement la molécule principale de l'arôme de vanille naturelle. La plus grande richesse de bouquet
de la vanille naturelle est due à la présence d'autres composés aromatiques.
Notons que Coca-Cola® utilise également de la gomme arabique en grandes quantités.
(D'après Wikipédia)
Dans ce TP, on se propose de déterminer la quantité d'acide phosphorique (référencé sous la dénomination E338) contenue dans
une boisson au cola (par exemple dans le Coca-Cola®) par dosage pH-métrique.
2 – Etude expérimentale
2.1.
Elimination du dioxyde de carbone dissous
eau
Dans l'hypothèse où une boisson au cola contient de l'acide phosphorique (H3PO4), elle
contient aussi du dioxyde de carbone (responsables des « bulles ») qui peut fausser le
dosage de l'acide phosphorique.
Pour éviter cet inconvénient, on doit dégazer la boisson, soit en laissant la bouteille ouverte
plusieurs jours, soit par une ébullition à reflux pendant 10 mn environ (principe ci-contre).
Seul le dioxyde de carbone est éliminé puisque les autre vapeurs sont recondensées dans le eau
réfrigérant ascendant.
Cette boisson peut contenir parfois également un peu d'acide citrique.
2.2.
Dosage pH-métrique
 Préparer le pH-mètre en réalisant son étalonnage.
 Introduire dans la burette préalablement rincée à l'eau distillée puis avec la solution titrante
utilisée, une solution de soude à Cb = 0,01 mol.L-1.
 Prélever 15 mL de la solution au cola préalablement dégazée dans un bécher à l'aide d'une
pipette graduée de 10 mL munie d'une propipette.
 Y ajouter environ 10 mL d'eau distillée de manière à ce que l'électrode pH-métrique soit
suffisamment immergée.
 Verser progressivement la soude en relevant le volume de soude versé et le pH.
Attention, il faut penser à réduire les volumes d'ajout lorsque le pH commence à varier de façon significative.
.1 Remplir le tableau suivant :
Vb(mL)
pH
Vb(mL)
pH
Vb(mL)
pH
Vb(mL)
pH
Vb(mL)
pH
Réfrigérant
à eau
Boisson au cola
15 mL
Pierre ponce
Chauffe-ballon
thermostaté
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3 - Exploitation des résultats
Données :
L'acide phosphorique est un triacide qui comporte trois acidités faibles dont les pKa sont les suivants :
- H3PO4/H2PO4- : pKa1 = 2,1
H2PO4-/HPO42- : pKa2 = 7,2
HPO42-/PO43- : pKa3 = 12,4
L'acide citrique (acide 2-hydroxypropane-1,2,3-tricarboxylique C6H8O7) est également un triacide qui comporte trois acidités
faibles dont les pKa sont les suivants :
- C6H8O7/C6H7O7- : pKa1 = 3,13
C6H7O7-/C6H6O72- : pKa2 = 4,76
C6H6O72-/C6H5O73- : pKa3 = 6,40
Le dioxyde de carbone dissout est un diacide qui comporte deux acidités faibles dont les pKa sont les suivants :
- CO2, H2O/HCO3- : pKa1 = 6,4
HCO3-/CO32- : pKa2 = 10,3
- De plus, on a : H3O+/H2O : pKa = 0
H2O/OH- : pKe = 14
-1
M(H) = 1 g.mol
M(O) = 16 g.mol-1
M(P) = 31 g.mol-1
.2 Tracer la courbe pH = f(Vb)
.3 Pourquoi obtient deux sauts de pH ? Pourquoi n'a-t-on pas trois sauts de pH ?
.4 Déterminer sur le graphique les coordonnées des deux points d'équivalence E1 et E2.
1° équivalence : E1
Expérimentalement :
Vb1eq =
Théoriquement, on doit trouver
2° équivalence :
Expérimentalement :
pH1eq =
pH1eqth =
Vb2eq =
Théoriquement, on doit trouver
pH2eq =
pH2eqth =
1
(pKa1 + pKa2) =
2
1
(pKa2 + pKa3) =
2
.5 Les relations donnant les pH aux deux équivalences sont-elles vérifiées ?
.6 Sur un axe gradué en pH, placer les domaines de prédominance des différentes formes de l'acide phosphorique.
.7 Quelle espèce prédomine avant la première équivalence ?
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.8 Écrire alors l'équation de transformation avec la soude qui se produit avant la première équivalence. Exprimer et calculer
la constante KR de cette réaction. Conclure.
.9 Construire alors le tableau d'avancement correspondant à la réaction de dosage à la première équivalence.
Etat
Avancement
.....
OH¯
Initial
.....
CaVa
A l'équivalence
.....
.....
=
.....
.....
.....
.....
.....
.....
.....
.....
.10 En déduire la relation à l'équivalence puis utiliser le volume équivalent trouvé à la question 4 pour donner la
concentration molaire en acide phosphorique de la boisson au cola.
.11 La boisson dosée est-elle conforme à la législation qui limite à 0,6 g.L -1 la teneur maximale en acide phosphorique dans
les boissons au cola ?
.12 En utilisant les domaines de prédominance, donner l'équation de la transformation qui se produit après la première
équivalence lors de l'ajout de soude.
.13 Si l'acide phosphorique est le seul acide présent dans la solution à titrer, on remarque que V b2eq = 2Vb1eq. Est-ce le cas
ici ?
.14 En plaçant sur un axe gradué en pH les domaines de prédominance des acides présents dans la boisson au Cola,
proposer plusieurs réactions acido-basiques qui pourraient fausser le volume équivalent lors de la première et de la deuxième
équivalence.