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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 oeuvre dans la première étape du protocole

On a mélangé :

- du sel de Mohr Fe(SO

4)(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 NO

3-, et il est indiqué qu"ils se transforment en

monoxyde d"azote NO, donc le couple NO

3- / NO intervient.

On en déduit que l"équation de la réaction est : NO

3- + 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 Fe

3+ ont été formés.

Le sel de Mohr a aussi apporté des ions ammonium NH

4+ et sulfate SO42- qui ne sont pas

consommés. Les ions nitrate réactif limitant sont totalement consommés.

Les ions sulfate SO

42- 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 : Fe

2+, 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 :

Couple MnO

4- / Mn2+ réduction MnO4- + 8 H+ + 5 e- = Mn2+ + 4 H2O ) X1

Couple Fe

3+ / Fe2+ oxydation Fe2+ = Fe3+ + e- ) X5

MnO

4- + 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 :

Erlenmeyer contenant

les ions fer (II) en excès Agitateur magnétique Burette contenant la solution titrante de permanganate de potassium de concentration C

2

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 Fe

2+ restant. D"après l"équation support du titrage, à l"équivalence on a 2+ -restant versé 4(Fe )(MnO )5nn= n restant(Fe2+) = 5 - versé 4(MnO )n n restant(Fe2+) = 5 C2.VE n restant(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 n conso(Fe2+) : Initialement, on avait introduit nini(Fe2+) = C1 . V1 n ini(Fe2+) = nconso(Fe2+) + nrestant(Fe2+) n conso(Fe2+) = nini(Fe2+) - nrestant(Fe2+) n conso(Fe2+) = C1 . V1 - 5 C2.VE n

conso(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+

2+ -conso ini 3(Fe )(NO )3nn= 5 ini 38,3 10(NO )3n -´= = 2,8×10-5 mol La teneur est une concentration massique t = 3 3(NO ) (NO ).ini

Eau Eaum n M

V V t = 5

32,8 10 (14,0 3 16,0)

50 10
´ = 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 : m

MAX = 35 × 3,65 = 1,3×102 mg = 0,13 g

Déterminons le volume maximal correspondant :

MAX MAX mtV= donc VMAX = MAXm t V MAX =

21,3 10

34

´ = 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.quotesdbs_dbs46.pdfusesText_46