Bac S 2017 Amérique du nord Spécialité http://labolycee.org ...

Bac S 2017 Amérique du nord Spécialité
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EXERCICE III : La pollution par les nitrates (5 points) Les ions nitrate (NO3-) sont présents naturellement dans les eaux
souterraines et superficielles en faibles quantités, généralement
inférieures à 1 mg.L-1. Ils participent à l'équilibre de l'écosystème en
intervenant notamment dans le développement de certaines plantes et
microorganismes. Cependant, leur utilisation massive comme engrais dans les cultures et leur
rejet par les élevages entraînent aujourd'hui une forte augmentation de
leur concentration dans les nappes phréatiques et les cours d'eau
environnants. Les ions nitrate contenus dans le sol constituent désormais
la cause majeure de pollution des grands réservoirs d'eaux souterraines du
globe terrestre. Les dangers sont réels pour l'environnement et la santé. L'Organisation
Mondiale de la Santé préconise pour une personne, de ne pas consommer plus
de 3,65 mg d'ions nitrate par kilogramme de masse corporelle et par jour.
La législation française impose donc une teneur inférieure à 50 mg.L-1 dans
les eaux de consommation. Les eaux présentant un taux d'ions nitrate supérieur à la norme nécessitent
donc un traitement spécifique pour pouvoir être consommées. Pour lutter
contre cette pollution, on utilise des bactéries dénitrifiantes ou des
résines échangeuses d'ions (REC). Fonctionnement des résines échangeuses d'ions (REC)
La résine échangeuse d'ions utilisée comporte des petites billes poreuses,
de diamètre 0,6 mm, saturées en ions échangeables (soit des ions chlorure,
soit des ions hydrogénocarbonate). Au contact de cette résine, les ions
nitrate présents dans une eau polluée vont s'échanger avec les ions
chlorure et prendre leur place sur la résine, ce qui permet d'éliminer la
majeure partie des ions nitrate dans l'eau en les remplaçant par des ions
chlorure.
Schéma : dénitratation d'une eau par une résine contenant des ions
chlorure
L'objectif de l'étude est de vérifier si le traitement, par une résine
échangeuse d'ions d'une eau polluée par les nitrates a permis de rendre
cette eau potable. Pour cela on met en ?uvre le protocole suivant :
Titrage des ions nitrate présents dans une eau après traitement sur une
REC :
Étape 1 :
( Introduire un volume VEAU = 50 mL d'eau à analyser dans un
erlenmeyer.
( Ajouter un volume de 10 mL d'acide sulfurique (2 H+(aq) + SO42-(aq))
pour acidifier le mélange réactionnel.
( Ajouter un volume V1 = 100 mL d'une solution aqueuse de sel de Mohr
de concentration molaire C1 = 1,00 mmol.L-1 de manière à apporter une
quantité de matière initiale d'ions fer (II) ni(Fe2+) en excès.
( Chauffer le mélange au bain-marie pendant 45 min ; ce qui permet de
rendre totale la transformation des ions nitrate de l'eau en monoxyde
d'azote NO(g).
( On refroidit le mélange.
Étape 2 :
( On introduit dans une burette une solution aqueuse de permanganate de
potassium (K+(aq) + MnO4-(aq)) de concentration molaire C2 = 3,0×10-4
mol.L-1.
( On titre les ions fer (II) restant, nrestant(Fe2+) dans l'erlenmeyer
en versant la solution de permanganate de potassium.
( On repère l'équivalence grâce à un changement de couleur du mélange
réactionnel.
( On trouve un volume à l'équivalence de VE = 11,3 mL pour l'eau
analysée. Données :
( masses molaires atomiques en g.mol-1 : M(N) = 14,0 ; M(O) = 16,0 ; ( les couples oxydant / réducteur mis en jeu sont les suivants :
NO3-(aq) / NO(g) ; Fe3+(aq) / Fe2+(aq) ; MnO4-(aq) / Mn2+(aq) ( équations des réactions chimiques intervenant dans le protocole :
NO3-(aq) + 3 Fe2+(aq) + 4 H+(aq) ( NO(g) + 2 H2O(?) + 3
Fe3+(aq)
5 Fe2+(aq) + MnO4-(aq) + 8 H+(aq) ( 5 Fe3+(aq) + Mn2+(aq) + 4
H2O(?) ( formule du sel de Mohr : Fe(SO4)2(NH4)2, 6 H2O Questions préliminaires : 1- Identifier la réaction chimique mise en ?uvre lors de la première
étape du protocole. Justifier. 2- Préciser les ions majoritairement présents dans l'erlenmeyer lors de
cette première étape :
( avant l'ajout de la solution aqueuse de sel de Mohr ;
( au bout des 45 min de chauffage au bain-marie. 3- à partir des demi-équations électroniques, vérifier l'équation de la
réaction chimique correspondant à la deuxième étape du protocole.
Schématiser et légender le montage utilisé dans cette étape. Problème : Peut-on considérer que la technique de dénitratation utilisée est
suffisamment efficace pour que l'eau initialement polluée soit considérée
comme potable ? Quelle quantité maximale de cette eau un enfant de 35 kg
peut-il boire sans conséquences néfastes pour sa santé ? L'analyse des données ainsi que la démarche suivie sont évaluées et
nécessitent d'être correctement présentées. Les calculs numériques seront
menés à leur terme. Il est aussi nécessaire d'apporter un regard critique
sur le résultat.
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Ions nitrate NO3- Ions chlorure C?- Eau dépolluée Bille
(Résine) Eau polluée par les ions nitrate