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1 Les nitrates fiche guide Notions abordées Chimie Sciences Mathématiques - Réactions chimiques - Concentration - Filtration - Rôle de l azote - Etude d un écosystème - Proportionnalité Objectifs d apprentissage du PER MSN Résoudre des problèmes numériques et algébriques : - en modélisant une situation de proportionnalité. MSN Analyser des phénomènes naturels et des technologies à l aide de démarches caractéristiques des sciences expérimentales : - en acquérant les connaissances nécessaires en chimie - en choisissant et en utilisant des instruments d observation et de mesure. - en organisant des prises de mesures et en formalisant les résultats d une expérience. Matière : - Représentation des quelques espèces chimiques simples de la vie quotidienne à l aide d une écriture symbolique. - Modélisation des transformations chimiques par des réactions chimiques. FG Analyser quelques conséquences, ici et ailleurs, d un système économique mondialisé : - en étudiant diverses conséquences de ses choix en tant que producteur, distributeur ou consommateur d un circuit économique. - en étudiant l impact de diverses pratiques économiques et sociales sur la gestion et la préservation des ressources naturelles. Disciplines et options concernées Sciences : 11 e OCOM technologies : 11 e Durée l activité Introduction aux notions théoriques : une à deux périodes Exercices : 15 minutes Activité pratique : une période et demi. Les polluants : les nitrates fiche guide 1/6

2 Indications et solutions Réponses I. En admettant qu il y a le même volume d eau dans chaque réseau, on a 5 réseaux sur 441 qui dépassent la valeur de tolérance, c est-à-dire : = 1,13 % Cela représente un volume journalier (en l) : = 3 424,036 m 3 = l 441 II. a) Les résines qui équipent les adoucisseurs sont échangeuses d ions, car elles remplacent les cations présents dans le tartre (le calcium Ca ++ et le magnésium ) par des ions sodium (Na + ). En effet, les sels de calcium et ceux de magnésium sont peu solubles à l eau, surtout ceux qui sont constitués avec le carbonate CO 3 2. Ils se déposent sur les corps de chauffe des lave-linge ou des fers à repasser, alors que les sels de sodium, très solubles, ne se déposent pas. Les sels (ou composés ioniques) sont constitués d un empilement alterné de cations et d anions reliés par des liaisons dites «ioniques» ; la cohésion de l ensemble est assurée par les forces électrostatiques, vu que les ions sont chargés. Donc, pour avoir un sel (soluble ou pas), il faut un cation et un anion. Dans le cas du calcaire, les cations sont Ca ++ et et l anion est CO 3 2. Le tartre (appelé aussi calcaire) dans les canalisations d eau est constitué principalement de carbonate de calcium ou de carbonate de magnésium. Ca ++ + CO 3 CaCO 3 + CO 3 MgCO 3 Ces deux composés sont solubles en faible quantité dans l eau chaude et presque insolubles dans l eau froide, c est pourquoi, ils se déposent sur les corps de chauffe. Cette différence de solubilité est à l origine des terrasses calcaires à Pamukkale en Turquie. L eau chaude des profondeurs contenant le calcaire arrive en surface et se refroidit, ce qui fait précipiter le calcaire. 2/6 Les polluants : les nitrates fiche guide

3 II. b) La résine porte des groupes ioniques (négatifs : X ) et pour assurer la neutralité électrique, il y a un contre-ion positif (Na + ) qui peut partir. Les cations (Ca ++ et ) peuvent se fixer à la résine et remplacer le contre-ion (Na + ) sur la résine, car celleci a plus d affinité pour Ca ++ et que pour le contre-ion. Les anions (X, dans le tartre, les carbonates CO 3 ) sont emmenés dans l eau en même temps que les contre-ions de la résine. Les ions Ca ++ et, eux, restent fixés sur la résine. L eau est débarrassée de Ca ++ et. Ca ++ Ca ++ On fait couler l eau contenant les Ca ++ et les à travers la résine Ca ++ Ca ++ X Ca ++ résine résine résine X Ca ++ X Na + Na + Na + Passons à la pratique : Suivons l expérience pas à pas en images Marche à suivre 1) Dissoudre 1 g de CaCO 3 dans 150 ml d eau. Une source pour le CaCO 3 est la craie, qu il faut broyer dans un mortier. Les polluants : les nitrates fiche guide 3/6

4 2) Agiter pendant 10 minutes puis filtrer pour obtenir une solution saturée de carbonate de calcium (l autre nom pour CaCO 3 est le calcaire). Cette étape peut prendre du temps, comme toutes les filtrations. Il se peut qu au début de la filtration un peu de solide passe au travers du filtre, mais cette quantité est minime. Il faudra quant même éliminer cette fraction. 3) Séparer en deux le filtrat : une solution témoin et une solution dans laquelle on va introduire 1 g de résine anti-calcaire. Il faut agiter un court instant la solution contenant la résine, avec une cuillère ou une spatule, par exemple. 4/6 Les polluants : les nitrates fiche guide

5 4) Filtrer pour éliminer la résine ; on obtient une deuxième solution débarrassée de ses carbonates. 5) Dans chacune des deux solutions, tremper une bandelette indicatrice de ph. Les carbonates rendent la solution basique (ph > 7, il est normalement compris entre 8 et 9) et sans les carbonates, la solution est neutre (ph = 7). Dans le becher de gauche, il y a la solution avec le carbonate de calcium dont le ph est de 9 et dans le becher de droite, il y a la solution traitée avec la résine et son ph est de 7. Les polluants : les nitrates fiche guide 5/6

6 Ci-dessous, vous trouverez un protocole pour estimer la teneur en nitrate de l eau du robinet [ 1 ]. Cette manipulation demande une plus grande expérience en chimie que celle qu ont généralement les élèves de 11H, mais il est toujours intéressant de leur montrer qu avec peu de matériel, il est possible de faire de bonnes estimations. Une eau est certifiée potable si elle répond à un certain nombre de critères. La norme précise que la teneur de cette eau en ions nitrate ne doit pas excéder 50 mg/l. Afin de connaître la teneur en ions nitrate de l eau du robinet, on prépare tout d abord une échelle de teintes. 1. Préparation de l échelle de teintes Matériel nécessaire Produits chimiques : nitrate d ammonium (NH 4 NO 3 ) acide 2,4-phénoldisulfonique Fiole jaugée d un litre (avec bouchon) et une de 25 ml Une spatule Un entonnoir Une balance électronique Eau distillée Pipettes jaugées de 25 ml et de 10 ml Becher de 50 ml Tube gradué de 25 ml Marche à suivre On prépare la solution initiale en dissolvant 129 mg de nitrate d ammonium (de formule brute NH 4 NO 3 ) dans 1,0 l d eau distillée. On obtient alors une solution de concentration égale à 100 mg/l. On ajoute dix gouttes d acide 2,4-phénoldisulfonique à cette solution. La solution prend une coloration jaune. On dilue ensuite cette solution initiale afin d obtenir quatre solutions «filles» S1, S2, S3 et S4. Les données utiles à ces préparations sont dans le tableau ci-dessous : Solutions S1 S2 S3 S4 Teneur (en mg/l) Facteur de dilution ,25 Volume prélevé de la solution initiale (en ml) 2,5 12, Volume de la solution «fille» (en ml) Détermination de la concentration de l eau du robinet Matériel nécessaire Produit chimique : acide 2,4-phénoldisulfonique 6 éprouvettes Eau du robinet Cylindre gradué de 10 ml Marche à suivre On verse 10 ml de chacune des cinq solutions ainsi préparées dans un tube à essais. Dans le sixième tube à essai, on verse 9,8 ml d eau du robinet. On ajoute 10 gouttes d acide 2,4-phénoldisulfonique. Il suffit de comparer les teintes pour déterminer un éventail de teneur en nitrate dans lequel se trouve l eau du robinet. [1] Source : (site consulté le ) 6/6 Les polluants : les nitrates fiche guide

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