Les pluies acides. DS 30 min :

A.  Origine des pluies acides.

-  Les pluies acides résultent de la présence dans l’air de dioxyde de soufre SO₂ et d’oxyde d’azote.

Ces gaz sont issus, entre autres, de différentes activités industrielles.

Ils se dissolvent dans l’eau et l’atmosphère et forment des espèces qui acidifient les pluies.

B.  Protocole expérimental.

-  On 60 heures, une centrale thermique rejette 10,0 m³ de gaz.

-  La totalité de ce gaz est récupéré est mise à barboter dans 1 ,00 L d’eau :

-  on obtient une solution S₀ que l’on analyse.

-  On place un volume V₀ = 50,0 mL de la solution S₀ dans un erlenmeyer.

-  On verse ensuite, une solution de concentration C₁ = 1,00 × 10^–4 mol . L^–1 de permanganate de potassium jusqu‘à persistance de la coloration rose.

-  Le volume de la solution de permanganate de potassium versé alors est V_E = 10,8 mL.

-  L’équation de la réaction support du titrage s’écrit :

2 MnO₄^– (aq)  + 5 SO₂ (aq) + 2 H₂O (ℓ) → 2 Mn²⁺ (aq) + 5 SO₄^2– (aq) + 4 H⁺ (aq)

C.  Normes de la qualité de l’air relatives au dioxyde de soufre.

-  Une directive concernant la qualité de l’air ambiant et un pur pour l’Union européenne fixe des normes pour le dioxyde de soufre SO₂ :

-  Seuil d’information et de recommandation 300 μg / m³ en moyenne sur 1 heure.

-  Seuil d’alerte : 500 μg / m³ sur 3 heures consécutives.

1.  Comment repère-t-on visuellement l’équivalence du titrage colorimétrique ?

2.  Établir la relation entre la quantité d’ions permanganate versée à l’équivalence n_E (MnO₄^–) et la quantité initiale de dioxyde de soufre n₀ (SO₂).

3.  Déterminer la concentration C₀ en quantité de matière de dioxyde de soufre SO₂ (aq) dans la solution S₀.

4.  En faisant l’hypothèse que la totalité du dioxyde de soufre présent dans les effluents gazeux de la centrale thermique se dissout dans l’eau recueillie,

déterminer si les concentrations des gaz rejetés par la centrale sont conformes aux normes de qualité de l’air.

-  Donnée :

-  M (SO₂) = 64,1 g . mol^–1.

Correction

Titrage colorimétrique de la Bétadine. DS 30 min :

En résumé :

Équation de la réaction support du titrage :

I₂ (aq) + 2 S₂O₃^2– (aq) → 2 I^– (aq) + S₄O₆^2– (aq)

La solution S₀ de Bétadine® est diluée 10 fois ; on obtient une solution S₁.

-  Réactif titré : La solution S₁ de diiode, I₂ (aq)

-  Volume :  V₁ = 10,0 mL

-  Concentration :  C₁, à déterminer.

-  Réactif titrant : La solution S₂ de thiosulfate S₂O₃^2– (aq)

-  Concentration :  C₂ = 5,0 × 10^–3 mol . L^–1.

-  Le volume versé à l’équivalence : V_E = 16,2 mL.

1.  Expression de la concentration C₁ en diiode de la solution S₁ puis sa valeur.

-  À l’équivalence, les réactifs ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques :

-   

-  Valeur de la concentration C₁ :

-  Application numérique :

- 

2.  Valeur de la concentration C₀ en diiode de la solution de Bétadine®.

-  Relation entre C₀ et C₁ :

-  La solution S₀ de Bétadine® est diluée 10 fois ; on obtient une solution S₁

-  C₀ = 10 C₁ 

-  C₀ ≈ 4,1 × 10^–2 mol . L^–1.

3.  Quantité n₀ de diiode dans 100 mL de solution S₀.

-  n₀ = C₀ . V

-  n₀ ≈ 4,1 × 10^–2 × 100 × 10^–3

-  n₀ ≈ 4,1 × 10^–3 mol

4.  Masse m_p de polyvidone iodée dans la solution S₀.

-  La quantité n_p de polyvidone iodée dans la solution S₀ est égale à la quantité n₀.

-  n_p = n₀

-  m_p = n₀ . M (polyvidone iodée)

-  m_p ≈ 4,1 × 10^–3 × 2362,8

-  m_p ≈ 9,6 g (en gardant les résultats intermédiaires dans la calculatrice)

-  Si on utilise la grandeur arrondie : 4,1 × 10^–3

-  m_p ≈ 9,7 g

-  Comparaison du résultat à la valeur indiquée sur l’étiquette

-   Écart relatif :

-   

-  Conclusion : le contrôle de qualité est satisfaisant : r < 5 %.

Les pluies acides. DS 30 min :

1.  Repérage  visuel de  l’équivalence du titrage colorimétrique :

-  On verse ensuite, une solution de permanganate de potassium jusqu‘à persistance de la coloration rose.

-  À l’équivalence, le milieu réactionnel passe de de l’incolore à la couleur rose clair.

-  On peut ainsi repérer l’équivalence par ce changement de couleur.

2.  Relation entre la quantité d’ions permanganate versée à l’équivalence

n_E (MnO₄^–) et la quantité initiale de dioxyde de soufre n₀ (SO₂).

-  Équation de la réaction de titrage :

2 MnO₄^– (aq)  + 5 SO₂ (aq) + 2 H₂O (ℓ) → 2 Mn²⁺ (aq) + 5 SO₄^2– (aq) + 4 H⁺ (aq)

 -  On peut s’aider d’un tableau :

-  À l’équivalence, les réactifs ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques :

 -  Relation :

3.  Concentration C₀ en quantité de matière de dioxyde de soufre SO₂ (aq) dans la solution S₀.

-  Relation  avec les concentrations :

-   

4.  Concentrations des gaz rejetés par la centrale et conformité  avec les normes de qualité de l’air.

-  On 60 heures, une centrale thermique rejette 10,0 m³ de gaz.

-  La totalité de ce gaz est récupéré est mise à barboter dans 1 ,00 L d’eau :

-  Masse de dioxyde de soufre dans 1,00 L de solution :

-  m₀ = n₀ . M (SO₂) = C₀ . V . M (SO₂)

-  m₀ = 5,40 × 10^–5 × 1,00 × 64,1

-  m₀ ≈ 3,46 mg

-  Le dioxyde de soufre était présent dans 10 m³ de gaz rejeté.

-  Une directive concernant la qualité de l’air ambiant et un pur pour l’Union européenne fixe des normes pour le dioxyde de soufre SO₂ :

-  Seuil d’information et de recommandation 300 μg / m³ en moyenne sur 1 heure.

-  Seuil d’alerte : 500 μg / m³ sur 3 heures consécutives.

-  Il faut ramener la valeur trouvée à 1 m³ et  1 heure :

-   

-  La centrale respecte les normes de qualité de l’air : m < 300 μg / m³