L'ACIDITÉ DES PLUIES SUJET n 6

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1 I. ÉNONCÉ DESTINÉ AU CANDIDAT NOM : Prénom : ANALYSER A B C D Proposer un protocole expérimental permettant de vérifier une hypothèse. Coeff. 2 REALISER A B C D Réaliser le dispositif expérimental correspondant au protocole élaboré Coeff. 2 VALIDER A B C D Analyser les résultats de façon critique. Coeff.2 Mots clés : dissolution, pluie acide CONTEXTE DU SUJET Le problème des pluies acides était un enjeu environnemental majeur avant les années Même si on n'en parle guère actuellement en Europe, d'autres pays comme la Chine sont actuellement touchés par ses effets. Pour prévenir ce type de pollution il convient de contrôler la teneur de certains gaz dans l'air. Ce TP a pour but de déterminer la concentration en dioxyde de soufre SO 2 dans les gaz rejetés par une usine. On vérifiera si la concentration en dioxyde de soufre d'un échantillon d'air atmosphérique est conforme aux normes de qualité de l'air édictés par l'oms. 1

2 DOCUMENT 2 DOCUMENT 1 ECE DOCUMENT1 L atmosphère, l hydrosphère, la biosphère sont des réservoirs de soufre. Les émissions d espèces soufrées peuvent être naturelles ou anthropiques. Dans les conditions habituelles de température et de pression, le dioxyde de soufre anthropique est un gaz principalement émis par les industries et les centrales thermiques. Les combustibles fossiles, tels que le fuel ou le charbon, contiennent du soufre qui se transforme en dioxyde de soufre lors de leur combustion. C est un gaz irritant, traceur de la pollution industrielle. Soluble dans l eau, il contribue à l acidification des eaux de pluies par formation d acide sulfurique. Les activités humaines ont augmenté de manière considérable les concentrations en dioxyde de soufre SO 2 et dioxyde d azote NO 2 dans l atmosphère. Ces espèces qui s oxydent respectivement en acide sulfurique et acide nitrique, sont responsables des pluies acides nocives pour l'environnement (forêts, lacs, matériaux...) et la santé. L activité et les rejets industriels sont donc contrôlés afin de prévenir d éventuelles pollutions. Il est donc important de mesurer sa concentration dans l'air atmosphérique En France le ministère de l écologie, de développement durable et de l énergie mandate des inspecteurs des associations agréées de surveillance de la qualité de l air (AASQA) pour surveiller les industriels. Type de seuil (g/m 3 ) Valeurs limites Seuils d alerte seuils de recommandation et d'information Objectif de qualité Donnée de base annuelle horaire horaire horaire annuelle Dioxyde d azote Polluant Monoxyde de Poussières carbone Dioxyde de soufre Maximum 350 journalier de la moyenne 500 sur 8 heures 20 : g/m³ DOCUMENT 2 Sources : /01/2011 6:18 pm La Chine est de plus en plus touchée par les pluies acides. En 2009, 258 villes ont ainsi été atteintes, et lors de la première moitié de 2010, toutes les pluies enregistrées à Xianmen, dans le sud-est du pays, avaient un ph inférieur à 5,6. [...] Premier utilisateur mondial de charbon, la Chine a en effet réussi à réduire de 14 % ses émissions de dioxyde de soufre entre 2006 et 2010, mais cela reste insuffisant Le Grand Boudha de Leshan, pour juguler le phénomène car dans le même temps, le pays vieux de 13 siècles, souffre des est devenu le plus important marché automobile mondial, et conséquences des pluies acides a enregistré une augmentation des émissions d oxyde AFP d azote provenant des gaz d échappement. Source 2

3 DOCUMENT 3 Le titrage du dioxyde de soufre atmosphérique Le dioxyde de soufre SO 2, est un gaz réducteur présent dans l'air pollué. Pour mesurer cette pollution, on fait barboter un volume d'air de m 3, dans 1L d'eau : le SO 2 présent dans l'air se dissout dans l'eau. On peut ensuite titrer la solution obtenue par les ions permanganate MnO 4 -. La réaction qui a lieu est une réaction d oxydoréduction mettant en jeu les couples oxydant / réducteur : SO 4 2- (incolore)/so2 (incolore) et MnO 4 2- (violet)/mn 2+ (incolore) L'équation de la réaction support du titrage peut s'écrire : 5 SO 2(aq) + 2 MnO 4 - (aq) + 2 H2O(l) 5 SO 4 2- (aq)+ 2 Mn 2+ (aq) + 4 H + (aq) TRAVAIL A EFFECTUER I. ÉTUDE QUALITATIVE : mise en évidence de la réaction chimique Dans un tube à essais contenant 3 ml d une solution aqueuse incolore de dioxyde de soufre, ajouter, goutte à goutte et en agitant, une solution violette de permanganate de potassium K + (aq) + MnO 4(aq) de concentration C o = 1, mol.l 1. Observer. Poursuivre cet ajout, en agitant, tant que la décoloration est très rapide. 1) Pourquoi peut-on affirmer qu une réaction a lieu? Il y a réaction car la couleur caractéristique du permanganate a disparu. Il a été consommé, il ya donc réaction chimique. La réaction qui a lieu est une réaction d oxydoréduction mettant en jeu les couples oxydant / réducteur 2 2 SO (aq) / SO (aq) et MnO (aq) / Mn (aq) ) Établir les demi-équations d oxydoréduction des couples mis en jeu. x2 SO H + + 2e- =SO H 2 O x5 En déduire que l équation de la réaction entre SO 2 (aq) et MnO 4(aq) est : 2 5 SO 2 (aq) + 2 MnO 4(aq) + 2 H 2 O(l) 5 SO 4 (aq) + 2 Mn 2+ (aq) + 4 H + (aq) Continuer l ajout de la solution de permanganate de potassium dans le tube à essais précédent jusqu à coloration persistante du mélange réactionnel. 3) Pourquoi la solution ne se décolore-t-elle plus? La solution se colore juste après que le mélange soit stoechiométrique. La 3

4 APPEL n 1 Appeler le professeur pour lui présenter les réponses ou en cas de difficulté II. ETUDE QUANTITATIVE : Analyse du problème et proposition d un protocole expérimental (20 minutes conseillées) On se propose de doser une eau polluée par du dioxyde de soufre atmosphérique et d en déduire sa concentration massique dans l air. 1) Analyse du problème Le titrage d'une solution aqueuse de dioxyde de soufre par les ions permanganate est autoindicateur. Justifier ce terme en expliquant quand aura lieu l équivalence. L équivalence est atteinte lorsque la solution se colore et que la couleur persiste. Les ions permanganate sont alors en excès. Tout le dioxyde de soufre a été consommé. Quelle relation peut-on écrire entre les quantités initiales des réactifs lorsqu on a réalisé un mélange stœchiométrique d'une solution aqueuse de dioxyde de soufre et d'une solution d'ions permanganate? 4

5 A l équivalence le mélange est stoechiométrique : n(so 2 )/5 = n(mno 4 -)/2.. APPEL n 2 Appeler le professeur pour lui présenter les réponses ou en cas de difficulté 2) Proposition d'un protocole expérimental Elaborer un protocole expérimental permettant de déterminer la concentration molaire C (mol/l) en dioxyde de soufre d'un volume de 10,0 ml d'une "eau polluée". Protocole expérimental proposé : On réalise un dosage de 10,0mL d une solution contenant le dioxyde de soufre dissous avec une solution de permanganate de potassium à 1, mol.l -1. On déterminera le volume équivalent avec un dosage rapide puis précis. En déduire la concentration de la solution tirée. APPEL N 3 Appeler le professeur pour lui présenter le protocole expérimental proposé ou en cas de difficulté III. Mise en œuvre du protocole expérimental (20 minutes conseillées) Mettre en œuvre le protocole expérimental. APPEL N 4 Appeler le professeur en cas de difficulté lors de la mise en œuvre du protocole expérimental IV. Exploitation des résultats expérimentaux (20 minutes conseillées) Rassembler les résultats des autres groupes et exprimer le résultat de la mesure en tenant compte de son incertitude de répétabilité. V E = 7,5 +- 0,1 ml A l équivalence : n(so 2 )/5 = n(mno 4 -)introduit / 2 C x V / 5 = C O x V E /2 C= C o v V E x 5 / (2 x V) C = 1, x 7,5 x 5 /(2 x 10,0 ) = 1, mol.l -1 Masse molaire du chlore est M(SO 2) = 64 g.mol -1 Incertitude sur la concentration C 0 de la solution de permanganate de potassium : U(C 0) = 0,001 mol.l -1. Incertitude sur le volume V prélevé avec une pipette jaugée de 10 ml : U(V) = 0,04 ml. Incertitude sur le volume équivalent V E : U(V E) = 0,1 ml sur la mesure. Expression de l incertitude relative sur la concentration molaire C 2 du dioxyde de soufre dissout : 5

6 Expression de l incertitude U(C m) sur la concentration massique C m des ions chlorure Déterminer la teneur en SO 2, en (g/m 3 ), dans les gaz rejetés par l'usine. Comparer avec le seuil de recommandation et d'information du document 1et conclure. Cm = m/v = Cx M = 1, x 64 = 1,2 g.l -1 il y a donc 1,2 g de SO2 dans 1L d eau. Pour mesurer cette pollution, on a fait barboter un volume d'air de m 3, dans 1L d'eau. Il y a donc 1,2g de SO2 dans m 3 d air. Donc il y a 1,2/ = 1, g dans 1 m 3,, 120 g/m 3 En s'appuyant sur les documents, quelles sont les conséquences d'une trop grande teneur en SO 2 dans l'air? Ces polluants sont responsables des pluies acides nocives pour l'environnement (forêts, lacs, matériaux...) et la santé. Les pluies acides entraînent l acidification des sols et des cours d eaux et donc une modification, voire une disparition, de la flore et de la faune. La dissolution de métaux toxiques comme l aluminium est favorisée. Même si leurs causes ne sont pas encore clairement identifiées, les dépérissements forestiers se mul-tiplient. Les constructions urbaines ne sont pas épargnées : les surfaces métalliques s érodent, les monuments en pierre calcaire ou en grès s effritent peu à peu. Expliquer pourquoi la Chine est actuellement davantage touchée par le phénomène des pluies acides que l'europe. Premier utilisateur mondial de charbon et le plus important marché automobile mondial. La teneur annuelle en SO 2 dépasse souvent la valeur limite dans certaines zones des Pyrénées-Atlantiques. Proposer une explication. Le climat chaud accentue la teneur en dioxyde de soufre dans l atmosphère. APPEL N 5 Appeler le professeur en cas de difficulté. Défaire le montage et ranger la paillasse avant de quitter la salle. 6

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