Bac S 2017 Amérique du nord Spécialité Correction © http ...

Bac S 2017 Amérique du nord Spécialité Correction ©
http://labolycee.org EXERCICE III - LA POLLUTION PAR LES NITRATES (5
points) Questions préliminaires
1. Réaction mise en ?uvre dans la première étape du protocole
On a mélangé :
- du sel de Mohr Fe(SO4)(NH4)2, 6H2O, qui apporte des ions Fe2+, donc le
couple Fe3+/Fe2+ intervient.
- de l'acide sulfurique, donc des ions H+ sont présents du côté des
réactifs,
- de l'eau qui contient des ions nitrate NO3-, et il est indiqué qu'ils
se transforment en monoxyde d'azote NO, donc le couple NO3- / NO
intervient. On en déduit que l'équation de la réaction est : NO3- + 3 Fe2+ + 4 H+ ( NO
+ 2 H2O + 3 Fe3+ 2. Ions majoritairement présents dans l'erlenmeyer lors de la première
étape.
Avant l'ajout de la solution aqueuse de sel de Mohr :
NO3-, H+ et SO42-.
L'eau ayant été traitée par la résine échangeuse d'ions, elle s'est chargée
en ions chlorure Cl-.
D'autres ions apportés par l'eau (calcium, magnésium, etc.) Au bout de 45 min de chauffage au bain-marie :
La réaction est terminée. Les ions Fe2+ étant introduits en excès, ils sont
encore présents en fin de réaction. Des ions Fe3+ ont été formés.
Le sel de Mohr a aussi apporté des ions ammonium NH4+ et sulfate SO42- qui
ne sont pas consommés.
Les ions nitrate réactif limitant sont totalement consommés.
Les ions sulfate SO42- sont spectateurs donc encore présents.
On ne peut pas savoir s'il reste des ions H+ car leur concentration
apportée n'est pas donnée.
Les ions chlorure n'ont pas réagi et sont encore présents. Conclusion : Fe2+, Fe3+, NH4+, Cl- et SO42- sont présents. 3. Vérification de l'équation de la réaction chimique de l'étape 2 :
Revoir la méthode dans cette animation :
http://www.labotp.org/Oxydoreduction.html Couple MnO4- / Mn2+ réduction MnO4- + 8 H+ + 5 e- = Mn2+ + 4 H2O
) X1 Couple Fe3+ / Fe2+ oxydation Fe2+
= Fe3+ + e- ) X5 MnO4- + 8 H+ + 5 Fe2+ ( Mn2+ + 4 H2O
+ 5 Fe3+
La réduction nécessite 5 électrons qui sont apportés par la réaction
d'oxydation qui a lieu simultanément 5 fois. Montage pour ce titrage : Problème :
Première partie : Peut-on considérer que la technique de dénitratation
utilisée est suffisamment efficace pour que l'eau initialement polluée soit
considérée comme potable ? Pour que l'eau soit potable sa teneur en ions nitrate doit être inférieure
à t = 50 mg.L-1.
Nous devons déterminer la teneur de l'eau traitée. Le titrage réalisé lors de l'étape 2 permet de connaître la quantité de
matière d'ions Fe2+ restant.
D'après l'équation support du titrage, à l'équivalence on a [pic]
nrestant(Fe2+) = 5 [pic]
nrestant(Fe2+) = 5 C2.VE
nrestant(Fe2+) = 5× 3,0×10-4 ×11,3×10-3 = 1,695×10-5 mol d'ions Fe2+ non
consommés On peut alors accéder à la quantité de matière d'ions Fe2+ ayant été
consommés par les ions nitrate nconso(Fe2+) :
Initialement, on avait introduit nini(Fe2+) = C1 . V1
nini(Fe2+) = nconso(Fe2+) + nrestant(Fe2+)
nconso(Fe2+) = nini(Fe2+) - nrestant(Fe2+)
nconso(Fe2+) = C1 . V1 - 5 C2.VE
nconso(Fe2+) = 1,00×10-3 × 0,100 - 1,695×10-5 = 10,0×10-5 - 0,1695×10-5 =
8,3×10-5 mol On accède alors à la quantité de matière d'ions nitrate qui ont permis de
consommer cette quantité d'ions fer (II) :
D'après l'équation de la réaction de l'étape 1, NO3- + 3 Fe2+ + 4 H+ ( NO +
2 H2O + 3 Fe3+
[pic]
[pic] = 2,8×10-5 mol La teneur est une concentration massique t = [pic]
t = [pic] = 3,4×10-2 g.L-1 = 34×10-3 g.L-1 = 34 mg.L-1 On en déduit que la technique de dénitratation utilisée permet d'obtenir
une eau dont la teneur en ions nitrate est inférieure au taux limite de 50
mg.L-1 : cette eau est donc potable (du point de vue des ions nitrate en
tout cas).
Deuxième partie : Quelle quantité maximale de cette eau un enfant de 35 kg
peut-il boire sans conséquences néfastes pour sa santé ? Il faut comprendre « quel volume d'eau ». La quantité s'exprimant en mole.
Et la question porte sur une durée d'une journée. Il ne faut pas consommer plus de 3,65 mg d'ions nitrate par kilogramme de
masse corporelle et par jour. L'enfant a une masse de 35 kg. Calcul de la masse maximale d'ions nitrate que l'enfant peut absorber :
mMAX = 35 × 3,65 = 1,3×102 mg = 0,13 g Déterminons le volume maximal correspondant :
[pic] donc VMAX = [pic]
VMAX = [pic] = 3,7 L d'eau traitée Si la seule source d'ions nitrate est l'eau qu'il absorbe (ce qui est
contestable étant donné le taux élevé de nitrate dans la charcuterie et
dans certains légumes comme les carottes, les épinards et les betteraves
notamment), cet enfant ne doit pas boire plus de 3,7 L d'eau par jour. Ce volume d'eau plus élevé que la consommation d'eau usuelle d'un enfant,
ce qui permet d'affirmer que l'eau absorbée par un enfant ne peut pas, à
elle seule, être responsable d'une consommation excessive d'ions nitrate. Merci aux élèves du lycée français Van Gogh d'Amsterdam pour leur
contribution à ce corrigé.
-----------------------
Erlenmeyer contenant les ions fer (II) en excès Agitateur magnétique Burette contenant la solution titrante de permanganate de potassium de
concentration C2