Un vin blanc pétillant, en fin d'élaboration, est étudié dans un laboratoire afin de subir des contrôles de qualité. On se propose dans cet exercice de contrôler la teneur en fer dans ce vin, ainsi que l'acidité totale qui en sont deux critères de qualité : l'un pour la prévention de la formation d'un précipité rendant le vin trouble (casse ferrique) et l'autre pour prévoir les traitements à faire pendant la vinification.
Données :
- Les ions \ce{Fe^{2+}_{(aq)} } en solution aqueuse ont une couleur vert pâle.
- Les ions \ce{Fe^{3+}_{(aq)} } en solution aqueuse ont une couleur orangée pâle.
- Les ions \ce{Fe^{3+}_{(aq)} } peuvent réagir avec les ions thiocyanate \ce{SCN^{-}_{(aq)} } (incolore en solution aqueuse) selon une réaction rapide et totale conduisant à la formation d'un complexe coloré de couleur rouge sang :
\ce{Fe^{3+}_{(aq)} + SCN^{-}_{(aq)} \rightarrow [Fe(SCN)] }^{2+}_{\left(aq\right)}
- Masse molaire de l'acide tartrique \ce{AH2} : M = 150 g.mol-1
- Au-delà d'une concentration massique de 10 mg.L-1 en élément fer, la casse ferrique est probable et rend le vin trouble et donc peu attrayant.
- Un vin de table est propre à la consommation si son acidité totale ne dépasse pas 9,0 g.L-1 d'acide tartrique équivalent.
- pKa des couples : \ce{CO2 ,H2O} / \ce{HCO3^{-}_{(aq)} } pKa_1 = 6{,}4 et \ce{HCO3^{-}_{(aq)} } / \ce{CO3^{2-}_{(aq)} } pKa_2 = 10{,}3
- Courbe d'étalonnage :

Incertitude sur la mesure d'un volume :
Lors de la mesure d'un volume à l'aide de la verrerie du laboratoire, il est possible d'évaluer l'incertitude UV sur cette mesure avec un intervalle de confiance de 95%. Pour cela, on utilise la relation : U_V = 2 u_V où la valeur de uV dépend du matériel utilisé.
Utilisation d'une pipette jaugée ou d'une fiole jaugée | u_V = 0{,}75 a |
Utilisation d'une burette graduée ou d'une pipette graduée | u_V = 0{,}5 g |
Afin de déterminer la concentration totale en ions \ce{Fe^{2+}_{(aq)} } et \ce{Fe^{3+}_{(aq)} } dans ce vin blanc, on oxyde les ions \ce{Fe^{2+}_{(aq)} } en ions \ce{Fe^{3+}_{(aq)} } à l'aide d'eau oxygénée \ce{H2O2}, puis on dose la totalité des ions \ce{Fe^{3+}_{(aq)} } par spectrophotométrie après les avoir fait réagir totalement avec une solution aqueuse de thiocyanate de potassium. La mesure de l'absorbance de la solution obtenue pour une longueur d'onde \lambda = 465 nm vaut A = 0{,}760.
Quelle opération est-il nécessaire de réaliser avant de mesurer l'absorbance de l'échantillon ?
Il est nécessaire de mesurer l'absorbance d'un échantillon de la même cuve utilisée pour la solution, dans laquelle il y a uniquement le solvant. On appelle cela "faire le blanc".
Pourquoi est-il nécessaire de faire réagir les ions \ce{Fe^{3+}_{(aq)} } avec les ions thiocyanate avant de réaliser le dosage spectrophotométrique ?
D'après l'énoncé, les ions \ce{Fe^{3+}_{(aq)}} ont une couleur orangée pâle. Lorsqu'ils forment un complexe avec les ions thiocyanate, ce complexe a une couleur rouge sang intense. Ainsi l'absorbance du complexe sera plus grande que celle des ions fer III seuls. Pour réaliser un dosage spectrophotométrique, c'est plus intéressant.
Quelle est la construction permettant de déterminer la concentration en ions \ce{Fe^{3+}_{(aq)} } de la solution utilisée ?

Le phénomène de casse ferrique peut-il se produire pour ce vin blanc ?
D'après la réponse précédente, la valeur de la concentration massique en ions \ce{Fe^{3+}_{(aq)}} dans le vin blanc testé est de 7,2 mg.L-1.
D'après l'énoncé, à partir de 10 mg.L-1, la casse ferrique est probable. Ici, la concentration massique mesurée est en deçà de cette valeur, donc le phénomène de casse ferrique ne peut pas se produire.
Dans la réglementation européenne, l'acidité totale correspond à la masse équivalente d'acide tartrique par litre ; c'est-à-dire la masse d'acide tartrique qui nécessiterait la même quantité de base pour ramener son pH à 7. Pour déterminer l'acidité totale, on mesure le volume de solution aqueuse d'hydroxyde de sodium \ce{(Na+_{(aq)} + HO^{–}_{(aq)}}}\right) qu'il faut ajouter à un volume V de vin, préalablement décarboniqué, pour ramener son pH à 7. Après avoir décarboniqué le vin (élimination du dioxyde de de carbone), on titre un volume V = 10{,}00 ± 0{,}04 mL de vin par une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de concentration molaire C_B = \left(4{,}2 ± 0{,}2\right) \times 10^{–2} mol.L-1 en présence de quelques gouttes de bleu de bromothymol.
L'équivalence est repérée pour un volume versé V_E = 15{,}5 mL.
Quelle verrerie doit-on utiliser pour prélever le volume V de vin ?
Pour prélever un volume V=10{,}00 mL il faut utiliser une pipette jaugée d'un volume de 10,00 mL.
Quel est le schéma correct du montage à réaliser pour effectuer le titrage ?

Quelle est l'incertitude sur la mesure de U_{V_E} sachant que la verrerie contenant la solution aqueuse d'hydroxyde de sodium est graduée tous les 0,1 mL ?
On a :
U_{V_{E}}=2 \times u_v
U_{V_{E}}=2\times 0{,}5 \times g
U_{V_{E}}=2\times 0{,}5 \times 0{,}1
U_{V_{E}}= 0{,}1 mL
Pourquoi est-il nécessaire de décarboniquer le vin pour déterminer son acidité totale ?
D'après l'énoncé, le \ce{CO2} dissous dans l'eau fait partie d'un couple acido/basique dont il est l'acide. Il rend donc le vin plus acide.
Pour déterminer l'acidité totale qui n'est due qu'à l'acide tartrique, il faut décarboniquer le vin.
Dans l'hypothèse où l'acidité du vin est due au seul acide tartrique noté \ce{H2A_{(aq)}}, l'équation de la réaction support de titrage s'écrit :
\ce{H2A_{(aq)} + 2 HO^{–}(aq) - \gt A^{2–}_{(aq)} +2H2O_{(l)}}
Quelle est, alors, la relation donnant la concentration massique Cm en acide tartrique (de masse molaire M) équivalent dans le vin ?
La relation demandée est :
C_m=\dfrac{C_b\times V_E \times M}{2\times V}
On considère que l'incertitude relative pour la concentration massique est donnée par la relation :
U_{C_m} = 2 C_m \sqrt{\left(\dfrac{U\left(C_B\right)}{C_B} \right)^2+\left(\dfrac{U\left(V_E\right)}{V_E} \right)^2+\left(\dfrac{U\left(V\right)}{V} \right)^2}
Quel est l'encadrement correct de la valeur de la concentration massique ?
On a alors :
C_m=\left( 4{,}9 \pm 0{,}5 \right) g.L-1
Ce vin est-il propre à la consommation ?
Un vin est propre à la consommation si son acidité totale dépasse 9,0 g.L-1. Ici, elle vaut 4,9 g.L-1 donc elle est inférieure à la limite.
Ce vin est propre à la consommation.