Le Coca-Cola contient en fait plusieurs acides : gaz carbonique dissous (CO₂,H₂O) et l'acide phosphorique H₃PO₄. (Le Coca "light" contient aussi de l'acide citrique).

Dosage préalable d'une solution d'acide phosphorique

          a) prévisions: l'acide phosphorique est un triacide ; seules les deux premières sont visibles au cours du dosage et seront dosées successivement ; la concentration de la solution utilisée est de 5,8 g par litre.
(en g.mol^-1: H = 1 ; P = 31 ; O = 16)
La concentration de la soude est de 0,1 mol.L^-1. Prévoir les volumes V₁ et V₂ des deux points d'équivalence.

          b) dosage : après la mise en oeuvre de la technique EXAO^( 2 ), effectuer le dosage d'un prélèvement de 10 ml de la solution d'acide phosphorique par la soude fraîche. [attention : veiller à obtenir le maximum de points au niveau des sauts de pH en versant de 0,2 mL en 0,2 mL ].

Dosage du Coca-Cola brut

          a) dilution de la soude : effectuer une dilution par 10 de la solution de soude (fiole jaugée de 100 mL).

          b) dosage d'un prélèvement de 10 mL de Coca-Cola brut par cette solution de soude.

Dosage du Coca-Cola décarboniqué

          a) décarbonication du Coca-Cola^( 3 ) : on extrait le gaz carbonique par tirage sous vide (avec une trompe à eau).

          b) dosage d'un prélèvement de 10 mL de Coca-Cola décarboniqué par la solution de soude.

Exploitations et Discussions

          a) Les pK_a de l'acide phosphorique H₃PO₄ sont respectivement : 2,1 ; 7,2 et 12.

          On précisera les couples acide-base correspondant, les domaines de prédominance des différentes espèces chimiques correspondantes, les réactions successives correspondant au dosage par la soude et l'allure théorique de la courbe de dosage pHmétrique (avec les coordonnées de ses points particuliers).

          b) vérifications et exploitations

- vérifier l'allure de la courbe :

Comment s'observe t-on le dosage des deux premières acidités ? Pourquoi la troisième acidité est elle "invisible" ?
Valeurs de pK_a1^( 4 ) et pK_a2 ? Vérifier aussi que, pour la première équivalence, on a : pH = 1/2(pK_a1 + pK_a2).
- la concentration de la soude est en principe de 0,1 mol.L^-1 mais elle dissout du gaz carbonique de l'air...

Calculer sa valeur expérimentale (la concentration de l'acide phosphorique est connue avec une bonne précision).

Dosages du Coca-Cola brut et du Coca-Cola décarboniqué

          a) A partir des valeurs des pKa des acides présents dans le Coca-Cola brut indiquer sur un axe les espèces prédominantes selon la valeur du pH. (pK_a du gaz carbonique dissous (CO₂,H₂O) : 6,5 ; 10,3)

En déduire, pour le dosage du Coca-Cola brut, les espèces acides successivement dosées. Quels dosages successifs peut on distinguer (la distinction est acceptable à partir d'un écart de deux unités sur la valeur du pKa) ?

          b) Exploiter et comparer les courbes de dosage obtenues : solution d'acide phosphorique, Coca-Cola brut, Coca-Cola décarboniqué. Expliquer les différences observées.

          c) Calculer, par plusieurs méthodes, la concentration de l'acide phosphorique dans le Coca-Cola.

          d) Discussion : quelle est la méthode de calcul la plus fiable (la décarbonication n'a pas forcément un très bon rendement).

          e) Déduire la concentration massique de l'acide phosphorique dans le Coca-Cola. La législation impose une teneur maximum de 0,5 g.L^-1 : conclusion ?

¹ Le Coca-Cola fut fabriqué la première fois à Atlanta en 1886. Il résulte, par erreur, d'un mélange d'eau gazeuse et d'un "sirop", sensé guerir de tous les maux, inventé par un pharmacien, John Pimberton. La Coca-Cola Company a été fondé en 1892 : joli succès !
² Voir ANNEXE 2 pour la mise en oeuvre de la pHmétrie EXAO.
³ Voir ANNEXE 1 pour les deux méthodes de décarbonication et leur interprétation.
⁴ Remarque : la première acidité est assez forte : le pH à la première demi-équivalence n'est pas réellement égal au pKa₁ car les approximations usuelles ne sont plus utilisables.