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Février 2017 Page : 1 / 4 Devoir n°4 (2h) T
aleS - Spécialité
I. Eau polluée ou non ?
Document 1 : Les intoxications au plomb
On le sait depuis longtemps : le plomb présente des dangers pour la santé. Inhalé ou ingéré, il peut entraîner une hypofertilité, des avortements spontanés ou des atteintes du système cérébral...
Les risques liés au plomb s’aggravent avec la dose. Au dessus de 100 µg de plomb par litre de sang on décèle une atteinte du système nerveux de l’enfant et à plus de 400 µg/L on observe des encéphalopathies aiguës. L’enfant est plus sensible que l’adulte. Le plomb s’accumule dans le corps, en particulier le cerveau et les os.
Légalement, à 100 µg/L de sang, les autorités sanitaires se doivent de surveiller les enfants. Mais s’ils présentent une plombémie de 99 µg/L il n’y a plus de suivi alors que, médicalement, les risques encourus sont évidemment réels; on peut craindre certains problèmes psychomoteurs, ainsi qu’une baisse de QI (quotient intellectuel).
D’après le site Doctissimo.fr – Interview du Dr Guy Huel de l’INSERM
Document 2 : La réglementation relative au plomb dans l’eau du robinet
La limite de qualité pour la teneur en plomb dans l’eau destinée à la consommation humaine a été abaissée de 25 microgrammes par litre (µg/L) à 10 µg/L, le 25 décembre 2013, conformément à la valeur guide recommandée par l’Organisation mondiale de la santé.
D’après le site « Ministère des affaires sociales et de la santé »
Document 3 : Réaction entre les ions plomb II et les ions iodure
On supposera que la totalité du plomb métallique dans l’eau est sous forme d’ions plomb Pb2+(aq).
Lorsqu’on met en présence des ions plomb (II) Pb2+(aq) incolores et des ions iodure I-(aq) incolores en concentrations suffisantes, il se forme un précipité d’iodure de plomb PbI2(s) de couleur jaune.
Document 4 : Titrage conductimétrique
Lors d’un titrage, il y a une réaction chimique entre une espèce contenue dans la burette (réactif titrant) et une espèce contenue dans le bécher (réactif titré). On peut envisager un titrage conductimétrique quand la réaction support du titrage fait intervenir des ions.
Au cours de ce titrage, on mesure la conductivité σ en fonction du volume V de réactif titrant versé.
Mesures expérimentales
On dilue un échantillon d’une eau de rivière par un facteur de dilution F = 5.
Puis, le titrage de 20,0 mL de la solution diluée donne les résultats suivants :
V (mL) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
σ (µS.m-1) 155 163 165 166 167 168 170 172 177 183 190 197 205
Données
Masse molaire du plomb : M(Pb) = 207 g.mol-1
Incertitude relative sur la concentration molaire C(Pb) du plomb : U(C(Pb))
C(Pb)
=
U(C1)
C1 2
+
U(VE)
VE 2
+
U(V)
V
2
Incertitude absolue sur le titre massique (ou concentration massique) t(Pb) du plomb : U(t(Pb)) = U(C(Pb)) M(Pb)
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Document 5 : Matériel mis à disposition
Solution de iodure de potassium à la concentration C1= 5,00.10-8 mol.L-1 ± 0,01.10-8 mol.L-1
Matériel nécessaire pour le titrage conductimétrique : voir schéma sur la page 4
Burette graduée de 25,0 mL ± 0,04 mL
Bécher d’environ 100 mL
Pipette jaugée de 20,0 mL ± 0,03 mL
Fiole jaugée de 50,0 mL ± 0,05 mL
Eprouvette graduée de 20 mL ± 0,1 mL
Fiole jaugée de 100,0 mL ± 0,05 mL
1. Questions préliminaires (6 points)
1.1. Ecrire l’équation bilan support du titrage.
1.2. Pourquoi ne peut-on pas suivre ce titrage par colorimétrie ? 1.3. Légender le schéma du montage conductimétrique : voir page 4.
1.4. A partir du matériel du document 5, décrire le protocole expérimental pour préparer la solution diluée.
2. Problème (14 points)
A partir des résultats expérimentaux obtenus, déterminer si l’eau de la rivière est polluée et les risques éventuels encourus.
La réponse s’appuiera notamment sur le tracé d’un graphique (papier millimétré page 4) et l’utilisation des incertitudes (document 4).
Remarque : Comme toujours, la qualité de la rédaction, la structuration de l’argumentation, l’analyse critique du résultat, la rigueur des calculs, ainsi que toute initiative prise pour mener à bien la résolution du problème seront valorisées.
II. Traitement d’une eau plombée
Document 6 : Techniques de traitement des métaux dissouts
Pour traiter une eau polluée, plusieurs techniques de filtration utilisées à grande échelle (niveau industriel) sont mises en œuvre. Le principe d’action de ces membranes est simple puisqu’il consiste ni plus ni moins en un filtrage mécanique :
la filtration à base de feldspath activé thermiquement, capable de fixer les métaux toxiques (Ar, Cd, Cr, Ni, Pb, Zn…) dissous en solution ;
l’ultrafiltration grâce à une membrane constituée de milliers de fibres très fines, rassemblées à l’intérieur d’une gaine rigide. Les parois de chacune de ces fibres sont percées d’une multitude de pores microscopiques dont la taille est de l’ordre de 0,01 µm ;
la nanofiltration est similaire à l’ultrafiltration, la différence essentielle étant que la membrane offre une porosité dix fois plus faible, de l’ordre de 0,001 µm, permettant un meilleur rendement.
Le seul inconvénient de ces traitements est le coût élevé des filtres membranaires.
D’après le CNRS, « La filtration sur membranes, un procédé d’avenir »
Document 7 : L’électrolyse
L'électrolyse est une méthode qui permet de réaliser des réactions chimiques grâce à une activation électrique. Il y a conversion d’énergie électrique en énergie chimique. Elle permet par ailleurs, dans l’industrie chimique, la
séparation d’éléments ou la synthèse de composés chimiques. L’électrolyse est utilisée dans divers procédés industriels, tels que la production de dihydrogène par électrolyse de l’eau, la production d’aluminium ou de chlore, ou encore pour le placage d’objets par galvanoplastie.
D’après le site Wikipedia
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Document 8 : Protocole expérimental et données
On réalise l’électrolyse d’une solution aqueuse de nitrate de plomb (Pb2+(aq) + 2 NO3
-
(aq)). Les ions nitrate seront considérés comme spectateurs. Les électrodes en graphite sont inattaquables (chimiquement inertes).
Masse molaire du plomb : M(Pb) = 207 g.mol-1
Volume molaire des gaz : VM = 24 L.mol-1 . Le volume molaire d’un gaz est le volume occupé par une mole d’un gaz.
Faraday : 1 F = 96 500 C.mol-1. Le faraday est, en valeur absolue, la quantité d’électricité transportée par une mole d’électrons.
L’intensité électrique I est définie par la relation I = Q
t avec Q la quantité d’électricité (en C) et t la durée en s.
Couples oxydant/réducteur mis en jeu : Pb2+(aq) / Pb ; H2O/H2 ; O2 / H2O
Résultats expérimentaux
On mesure l’intensité I du courant au cours de l’électrolyse d’une durée de 25 min :
1. Questions préliminaires (10 points)
1.1. En utilisant les documents et vos connaissances, comparer les deux techniques de traitement d’une eau plombée.
1.2. Sur le schéma document 8, indiquer le sens conventionnel du courant électrique et les bornes A et COM de l’ampèremètre pour mesurer une intensité I du courant positive.
1.3. Sur quelle électrode se forme le plomb ? Ecrire la demi-équation d’oxydoréduction qui y a lieu. Nommer l’électrode.
1.4. Nommer le gaz produit sur l’autre électrode. Écrire la demi-équation d’oxydoréduction correspondante à ce dégagement.
1.5. En déduire l’équation bilan de cette électrolyse.
Demander une aide au professeur en cas de blocage à cette question.
Les réponses aux questions 1.3 et 1.4 ne seront alors plus modifiables.
2. Problème (10 points)
A partir des résultats expérimentaux obtenus, déterminer la masse de plomb formé et le volume de gaz produit.
Aide : Mesurer la valeur moyenne de l’intensité I du courant électrique pendant l’électrolyse.
Un gaz ravivant une buchette incandescente est produit sur une électrode ;
Du plomb solide Pb(s) se forme sur l’autre électrode.
solution de nitrate de plomb (Pb2+(aq) + 2 NO3-(aq) )
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I. Eau polluée ou non ?
V (mL) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24
σ (µS.m-1) 155 163 165 166 167 168 170 172 177 183 190 197 205
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