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Le 23/11/2017 Page : 1 / 4 Devoir n°2 (1h) Spécialité T
aleS Vous ne traitez qu’un seul des deux problèmes :
Dessalement de l’eau de mer : utilisation d’un dosage par conductimétrie - Pages 1-4 (Ouvrir la feuille A3)
Couleur d’un laiton : utilisation d’un dosage par étalonnage - Pages 2-3 I. Dessalement de l’eau de mer (Suite page 4)
Document 1
En Europe, des usines de dessalement sont présentes sur les côtes de la mer Méditerranée où l’eau douce est rare, par exemple à Barcelone en Espagne.
On s’intéresse, dans cet exercice, à l’impact environnemental des saumures rejetées dans la mer par ces usines.
On appelle saumure la solution concentrée en composés ioniques obtenue à
la fin du processus de dessalement, majoritairement du chlorure de sodium. Les courants marins de la mer
Méditerranée sont en général faibles et ne permettent pas une dilution immédiate des saumures rejetées, ce qui peut perturber les écosystèmes marins.
La Posidonie de Méditerranée (Posidonia Oceanica) est une plante aquatique qui forme de vastes herbiers entre la surface de l’eau et une profondeur de l’ordre de 40 m. Ces herbiers constituent l’écosystème majeur de Méditerranée et jouent un rôle important dans la protection des côtes contre l’érosion. De nombreux organismes, animaux et végétaux, trouvent protection et alimentation dans ces herbiers.
En Espagne, des études ont montré que la plante à fleurs aquatique Posidonia Oceanica est très sensible aux variations du taux de salinité de ses habitats naturels.
Des effets notables sur sa vitalité ont été observés dès que la salinité atteint 37,4 g de sel par kilogramme d’eau de mer.
D’après les sites http://fr.wikipedia.org et http://www.larecherche.fr Document 2 : L’osmose inverse
Dans la nature, l’osmose est un phénomène naturel, essentiel aux équilibres biologiques, qui consiste en la migration de l’eau vers les solutions les plus concentrées. Cet écoulement s’arrête naturellement lorsque le système a atteint l’équilibre.
L’osmose inverse est une technologie de séparation utilisée dans le procédé industriel de dessalement de l’eau de mer. Lorsque l’on applique une pression suffisante sur la solution la plus concentrée, le flux d’eau est alors dirigé en sens inverse, c’est à dire de la solution la plus concentrée vers la solution la moins concentrée.
Schéma de principe de l’osmose inverse (D’après le site www.polymem.fr)
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pression
Solution saline faiblement concentrée
Solution saline fortement concentrée
membrane semi-perméable séparant les deux solutions
Suite page 4 ouvrir la feuille A3
400
II. Couleur d’un laiton
Le but de cet exercice est de calculer le pourcentage en masse de cuivre d’un laiton et d’en déduire sa couleur.
Document 1 : Les laitons
les laitons sont des alliages colorés, très ductiles et malléables, composés essentiellement de cuivre et de zinc, aux proportions variables, dont la fabrication directe à partir de minerais appropriés était déjà maitrisée par les métallurgistes avant l’antiquité.
L’évolution de la teneur influence les propriétés du laiton, comme sa couleur : Teneur en zinc
(en % massique) 5 10 15 30
Couleur or, dorée Bronze Rouge Jaune
Utilisation Petite bijouterie
Se substitue aux vrais bronzes, car moins cher
Munition, bijouterie
Bonnes propriétés mécaniques
Site Wikipedia
Manipulation 1 : mise en solution du laiton
Un échantillon de laiton de masse m = 1,682 g est attaqué par une solution d’acide nitrique HNO3 concentrée en excès. Dans ces conditions, le cuivre est transformé en ions Cu2+(aq) et le zinc en ions Zn2+(aq). Quand tout le laiton a disparu, on place la solution ionique dans une fiole jaugée de 1,00 L et on ajuste avec de l’eau distillée.
On obtient la solution L.
Manipulation 2 : Préparation des solutions mères et filles
On prépare 500 mL de la solution mère (notée solution M) par dissolution de sulfate de cuivre (II) pentahydraté, de formule CuSO4, 5 H2O. Sa concentration molaire vaut CM = 0,100 mol.L-1.
On dilue la solution M afin d’obtenir une gamme étalon de solutions de sulfate de cuivre (II) dont les concentrations sont indiquées dans le tableau ci-dessous. Le volume VM représente le volume de solution M nécessaire pour préparer 50,0 mL de solution diluée.
Solutions 1 2 3 4 5
VM (mL) 0,50 5,00 7,50 10,0
Ci (mmol.L-1) 1,00 5,00 10,0 15,0 20,0
Manipulation 3 : Spectre d’absorption
On réalise le spectre d’absorption d’une solution de sulfate de cuivre (II) avec un spectrophotomètre préalablement étalonné.
Manipulation 4 : Mesure de l’absorbance A des solutions étalon
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Médaille de Jules Verne
Ci (mmol.L-1) 1,00 5,00 10,0 15,0 20,0
A 0,060 0,32 0,65 0,98 1,30
Dans les mêmes conditions, on mesure l’absorbance de la solution L : AL = 1,09 Données :
Couples oxydant/réducteur : Cu2+(aq) / Cu (s) ; HNO3/NO
M(Cu) = 63,5 g.mol-1 ; M(S) = 32,1 g.mol-1 ; M(O) = 16,0 g.mol-1 ; M(H) = 1,00 g.mol-1 1. Questions préliminaires
1.1. Démontrer en détaillant les demi-équations que l’équation d’oxydoréduction ayant lieu entre le cuivre et l’acide nitrique est :
3 Cu
(s)+ 6 H
+(aq)+ 2 HNO
3 3 Cu
2+(aq)+ 2 NO + 4 H
2O
1.2. Quelle masse m’ de solide faut-il dissoudre pour préparer la solution M ? 1.3. Décrire le protocole expérimental pour préparer la solution fille notée 2.
2. Problème : Quelle est la couleur du laiton étudié ?
Vous déterminerez, entre autre la longueur d’onde d’étude la plus précise et le pourcentage massique en cuivre, puis en zinc. Le tracé d’un graphique exploité est attendu.
Le candidat est évalué sur sa capacité à analyser les documents, à mettre en œuvre une démarche de résolution et à présenter ses résultats de manière adaptée.
Toutes les prises d’initiative et toutes tentatives de résolution, même partielles, seront valorisées.
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O O
Suite I : Dessalement de l’eau de mer Données :
M(Cℓ) = 35,5 g.mol-1 ; M(Na) = 23,0 g.mol-1 ;
Valeur moyenne de la masse volumique de l’eau de la mer Méditerranée : = 1,027 kg.L-1 3. Questions préliminaires
3.1. On appelle salinité la masse totale de sels dissous dans un kilogramme d’eau de mer. Pour simplifier, on considèrera qu’il s’agit uniquement de chlorure de sodium. L’eau de mer de la Méditerranée a une salinité naturelle moyenne de 35,6 g.kg-1.
Déterminer, parmi les valeurs suivantes, celle qui est égale à la concentration molaire moyenne en ions chlorure dans l’eau de mer. 0,609 mol.L-1 ; 0,687 mol.L-1 ; 0,625 mol.L-1 ; 0,592 mol.L-1
3.2. Expliquer en quoi la technique de dessalement de l’eau de mer par osmose inverse est génératrice de saumures.
4. Problème : Le rejet analysé ci-dessous présente-t-il un danger pour les écosystèmes marins ?
On envisage de mélanger 1,0 L d’une saumure obtenue en fin de processus de dessalement avec 200 L d’eau de mer avant de rejeter le mélange obtenu en Méditerranée. Cette saumure est analysée par conductimétrie, comme explicité ci-dessous.
Le candidat est évalué sur sa capacité à analyser les documents, à mettre en œuvre une démarche de résolution et à présenter ses résultats de manière adaptée.
Toutes les prises d’initiative et toutes les tentatives de résolution, même partielles, seront valorisées.
Document 3 : Dosage des ions chlorure présents dans la saumure en fin de processus de dessalement
Équation de la réaction support du dosage : Cℓ-(aq) + Ag+(aq) AgCℓ(s)
Protocole opératoire :
Diluer 500 fois la saumure pour obtenir une solution S.
Introduire un volume V1 = 10,00 mL de la solution S dans un bécher.
Mettre en place une sonde de conductimétrie dans le bécher en ajoutant de l’eau distillée de manière à immerger la sonde.
Remplir une burette graduée avec une solution de nitrate d’argent de concentration molaire C2 en ions Ag+ égale à 2,00 × 10–3 mol.L-1.
Verser progressivement la solution de nitrate d’argent dans le bécher et relever les valeurs de la conductivité du milieu réactionnel après chaque ajout.
Évolution de la conductivité du milieu réactionnel en fonction du volume V2 de la solution de nitrate d’argent ajoutée, dans le cas de la saumure obtenue en fin du processus de dessalement :
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