Forêt dévastée par les pluies acides en République Tchèque
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TS Spécialité Thème : Matériaux TP 16
Chimie Les pluies acides
Contexte du sujet
En contrôle environnemental, on désire vérifier si une eau de pluie peut être dangereuse ou non pour la santé, du fait de son acidité.
Si l’eau de pluie est acide, on peut réaliser un titrage acido-basique pour déterminer la concentration en espèce acide présente.
Une réaction acido-basique est une réaction chimique dans laquelle le réactif acide AH transfert un ou plusieurs protons H+ vers le réactif basique B :
Couple de l’acide AH (A- étant sa base conjuguée) : AH / A- AH → A- + H+
Couple de la base B (BH+ étant son acide conjugué) : BH+ / B B + H+ → BH+
L’acide le plus fort (pKA le plus faible) réagit sur la base la plus forte : AH + B → A- + BH+ Document 1 - Les pluies acides
« Les pluies acides » est un terme utilisé pour décrire toute forme de précipitation acide (pluies, neige, brouillard…). Deux types de polluants, le dioxyde de soufre et les oxydes d’azote, sont les principales causes des pluies acides. Ces polluants s’oxydent dans l’air pour former de l’acide sulfurique et de l’acide nitrique. On les retrouve dans les nuages et les
précipitations, parfois à des milliers de kilomètres de leur point d’émission. Le pH des précipitations peut être très faible ; on a, par exemple, mesuré en 1979 en Virginie un pH égal à 1,5 ou encore en Californie un
pH de 1,7. Le pH naturel d’une pluie est de l’ordre de 5,6.
Document 2 - L’origine des polluants
Le dioxyde de soufre SO2 dans l’atmosphère provient essentiellement de la combustion de sources d’énergie fossile contenant du soufre. Il s’oxyde au contact du dioxygène en trioxyde de soufre SO3 qui au contact de l’eau est transformé en acide sulfurique H2SO4. Les émissions d’oxydes d’azote sont d’origine naturelle (volcans,
bactéries…) et surtout anthropique (combustion de sources d’énergie fossile). La température très élevée dans les chambres de combustion des moteurs entraîne l’oxydation du diazote atmosphérique par le dioxygène de l’air en monoxyde d’azote. L’OMS considère qu’une eau ayant un titre massique en SO3 supérieur à 50 µg.m-3 est dangereuse pour la santé.
Document 3 - Effets des pluies acides
Les pluies acides endommagent les forêts et empoisonnent sols, lacs et rivières. L’acidité des eaux peut mettre en solution des sels d’aluminium contenus dans des silicates, comme les argiles. Or, très toxiques, ces sels perturbent la photosynthèse des végétaux et la biologie des organismes aquatiques. Si le pH est inférieur à 4, les vertébrés et la plupart des invertébrés et des microorganismes sont détruits. Seules quelques algues et bactéries survivent.
D’après le site www.cnrs.fr/eau
Document 4 - Méthode de lutte : le chaulage
L’ajout de chaux vive CaO(s) permet de rétablir le pH des eaux de lacs et de rivières. Après réaction avec l’eau, la chaux vive donne de la chaux éteinte (Ca2+(aq)+ 2 HO−(aq)).
Questions relatives aux documents
1) Quelles sont les espèces chimiques principalement responsables des pluies acides ? Indiquer leur(s) origine(s).
2) Écrire les équations des deux réactions successives permettant la formation de l’acide sulfurique. Indiquer leur type.
3) Quelles peuvent être les conséquences des pluies acides ? 4) Pourquoi répandre de la chaux vive dans un lac acide ?
Chaulage d’un lac
I. Travail à réaliser 1. Elaborer un protocole
1.1. Mesurer l’acidité de l’échantillon de pluie acide : ………..
…………
1.2. On considère que seul l’acide sulfurique H2SO4 est présent dans la pluie acide étudiée. L’acide sulfurique est un diacide fort qui se dissocie totalement dans l’eau. Ecrire l’équation de la réaction acido- basique de sa dissolution.
Données : Couples Acide / Base : H2SO4 / SO42- H3O+ / H2O
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1.3. Sachant que le pH à l’équivalence vaut environ 7, quel indicateur coloré choisir pour effectuer un titrage colorimétrique ?
Indicateur pKA Couleur acide Zone de virage Couleur basique
Hélianthine 3,4 Rouge 3,1-4,4 Jaune
Vert de bromocrésol 4,7 Jaune 3,8-5,4 Bleu
Rouge de méthyle 5,1 Jaune 4,8-6,0 Rouge
Bleu de bromothymol 6,9 Jaune 6,0-7,6 bleu
Phénolphtaléine 9,4 Incolore 8,2-10,0 violet
1.4. Indiquer le changement de couleur observé à l’équivalence :
………
1.5. En utilisant le matériel présent sur la paillasse (et indiqué dans le tableau ci-contre p.3), proposer un protocole avec un schéma légendé pour réaliser le titrage par suivi pH-métrique d’un volume VA = 10,0 mL de pluie acide.
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Faire vérifier votre protocole par le professeur, puis réaliser le titrage et déterminer l’équivalence.
2. Exploitation
2.1. Ecrire l’équation chimique support du titrage acido-basique.
Donnée : Couples Acide / Base : Ion oxonium / Eau : H3O+ / H2OEau / Ion hydroxyde : H2O / HO-
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2.2. En déduire la relation à l’équivalence entre les quantités de matière nA d’ions oxonium présents initialement et nB d’ions hydroxyde versés. À partir de la relation entre nA et nH2SO4, déterminer la concentration CA en acide sulfurique titré.
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………....
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2.3. Mettre en commun les résultats des n groupes de la classe.
Calculer la moyenne CAde la concentration CA en excluant éventuellement les valeurs aberrantes.
Calculer l’écart-type expérimental σn-1.
Déterminer l’incertitude U(CA) associée à la concentration CA, définie par U(CA) = n
n-1
2σ
Ne conserver qu’un chiffre significatif pour l’incertitude et arrondir par excès.
Exprimer le résultat de la concentration CA sous la forme d’un intervalle de confiance.
n° du groupe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
CA (en mol/L)
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2.4. L’eau de pluie étudiée a été évaporée d’un facteur un million avant de réaliser son titrage.
Pourquoi a-t-on réalisé cette évaporation ? ………..………
Cette eau de pluie est-elle dangereuse pour la santé ? ……….
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Donnée : Masses molaires atomiques : M(S) = 32,1 g.mol-1 ; M(O) = 16,0 g.mol-1. Matériel et produits :
Bureau Elèves
Solution aqueuse d’hydroxyde de sodium (Na+ + HO-) de concentration : CB = 1,0 10-1 mol.L-1
Pluie acide
Indicateurs colorés (phénolphtaléine, BBT, hélianthine) Papier-pH
Pipette jaugée de 10,0 mL Burette graduée de 25,0 mL Eprouvette graduée de 10 mL
Agitateur magnétique et barreau aimanté pH-mètre préalablement étalonné 2 béchers de 100 mL
II. Travail à effectuer :
Une entreprise rejette chaque mois dans le réseau du tout à l’égout des effluents de volume V = 150 m3 dont le pH est d’environ 2.
Le responsable environnement de l’entreprise propose de verser de la soude, espèce basique de formule NaOH(s)
pour traiter l’eau.
Problème : Déterminer la masse de soude nécessaire pour traiter le volume d’effluent mensuel. Conclure, puis proposer une autre solution.
Document : Titrage acido-basique
On réalise le titrage pH-métrique d’un échantillon d’effluent de volume VA = 10,0 mL par une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium (Na+(aq) +
HO-(aq)) de concentration CB = 1,0.10-2 mol.L-1. On obtient la courbe ci-dessous, à laquelle est superposée la courbe dérivée dpH/dVB.
On considère que l’acidité de l’effluent étudié n’est due qu’à l’espèce AH. L’équation support du titrage est :
AH(aq) + HO-(aq) → A-(aq) + H2O (ℓ)
Donnée : MNaOH = 40,0 g.mol-1
