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Spécialité Physique TS 2
Vendredi 17 Octobre
DS n° 1
Exercice 1 : Titrage du dioxyde de soufre (8 points)
Les activités humaines ont augmenté de manière considérable les concentrations en dioxyde d’azote NO 2 et
dioxyde de soufre SO2 dans l’atmosphère. Ces espèces, qui se transforment respectivement en acide nitrique et
en acide sulfurique, sont responsables des pluies acides. Des réglementations sur la pollution de l’air existent en
France : par exemple, les émissions de dioxyde de soufre des installations industrielles ne doivent pas dépasser
125 µg.m-3 en moyenne journalière et 350 µg.m-3 en moyenne horaire.
Avant de valider la mise en service d’une usine destinée à fonctionner 8 heures par jour, on souhaite savoir si les
effluents gazeux issus de la cheminée industrielle respectent la réglementation concernant le dioxyde de soufre
SO2 (g).
On dose donc le dioxyde de soufre SO2 contenu dans l’effluent gazeux. Pour cela, on fait barboter V = 1,00 m3
de gaz issu de la cheminée dans V0 = 250,0 mL d’eau distillée pour dissoudre tous les gaz solubles dans l’eau. La
solution obtenue, incolore, est transférée dans un erlenmeyer, puis dosée par une solution acidifiée de
permanganate de potassium (K + (aq) + MnO4 (aq)) de concentration C1 = 1,00.10 - 4 mol.L- 1.
Pour un volume égal à VE = 18,6 mL on observe un changement de couleur.
1.
2.
Faire un schéma légendé du dispositif de titrage.
Sachant que les couples oxydant / réducteur mis en jeu sont
et
,
montrer que la réaction support du titrage est :
3.
4.
5.
6.
7.
Définir l’équivalence du titrage.
Toutes les espèces sont incolores, sauf les ions permanganate qui sont rose-violet en solution aqueuse. Quel
est le changement de couleur observé à l’équivalence ? Justifier.
Déterminer la concentration molaire du dioxyde de soufre dans la solution titrée.
En déduire sa concentration massique dans l’effluent gazeux issu de la cheminée.
L’usine respecte-t-elle la réglementation ?
Données : M (S) = 32,1 g.mol-1 ; M (O) = 16,0 g.mol-1
Exercice 2 : Les ions nitrate dans l’eau (résolution de problème sur 6 points)
Valentin s’inquiète de la qualité de l’eau du robinet de son domicile. Dans un journal, il a lu :
D’autre part, il sait que certains captages utilisés pour l’eau du robinet ont été abandonnés en raison d’un excès
de nitrates.
En vous aidant des documents mis à votre disposition, déterminez si Valentin risque de dépasser la DJA (dose
journalière admissible) recommandée par l’OMS en consommant chaque jour l’eau du robinet de son
domicile.
Document 1
(*) : Les ions nitrite donnent avec le réactif R de diazotation une coloration rose
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Document 2 : Protocole expérimental
 Analyse de l’eau du robinet du domicile de Valentin
L’eau du robinet a été passée sur une colonne contenant du cadmium Cd.
Tous les ions nitrate
ont été réduits en ions nitrite
et le
cadmium a été oxydé en ions Cd2+. Soit P1 la solution obtenue après
passage sur colonne de cadmium et C1 sa concentration en ions nitrites.
À l’aide d’une fiole jaugée, on a dilué 10 fois la solution P 1.
Soit P’1 la solution obtenue de concentration C’1.
 Préparation des solutions étalons
Dans une fiole jaugée, on a préparé une solution étalon E 0 contenant des ions nitrite. À partir de cette solution,
on prépare 3 solutions diluées (voir tableau du document 3). Chaque solution est placée dans une cuve de
spectrophotométrie, puis laissée au repos à l’obscurité pendant 15 minutes. On mesure alors l’absorbance de
chaque solution à la longueur d’onde de 540 nm.
Document 3 : Résultats expérimentaux
Solutions
Volume de solution étalon E0 d’ions nitrite (en mL)
E0
10
E1
6
E2
2
E3
0
E4
0
Volume de solution P’1 (en mL)
0
0
0
0
9,8
Volume d’eau distillée (en mL)
0
3,8
7,8
9,8
0
0,2
0,2
0,2
0,2
0,2
0,884
0,511
0,159
0
0,431
0,98
0,59
0,20
0
?
Volume de réactif R de diazotation (en mL)
Absorbance (à 540 nm)
-1
Concentration massique en ions nitrites (en mg.L )
Document 4 : Données
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Exercice 3 : De l’eau salée à l’eau potable (analyse et synthèse de documents scientifiques sur 6 points)
Selon un rapport de l’Unseco, un milliard de personnes n’a pas accès à l’eau potable aujourd’hui. L’eau des mers
et des océans ou l’eau saumâtre des sous-sols sont des ressources en eau parmi les plus abondantes. Différents
procédés ont été mis au point pour dessaler une eau.
Document 1 : Salinité des eaux
Document 2 : Caractéristiques de quelques eaux marines
La caractéristique la plus importante des eaux de mer est leur salinité, c'est-à-dire leur teneur globale en sels
(chlorures de sodium et de magnésium, sulfates, carbonates). La salinité moyenne des eaux des mers et océans
est de 35 g.L-1 (27,2 g.L-1 de NaCl, 3,8 g.L-1 de MgCl2, 1,7 g.L-1 de MgSO4, 1,26 g.L-1 de CaSO4, 0,86 g.L-1 de K2SO4).
Cette salinité peut être différente dans le cas de mers fermées :
Mer Méditerranée : 36 à 39 g.L-1 ;
Mer Rouge : environ 40 g.L-1 ;
Mer Caspienne : 13 g.L-1 ;
Mer Morte : 270 g.L-1 ;
Golfe Arabo-Persique : 36 à 39 g.L-1.
Document 3 : Dessalement par distillation
Température d’ébullition de l’eau en fonction de la pression
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Document 4 : Dessalement par osmose inverse
L’osmose est un phénomène naturel qui tend à
harmoniser les concentrations de deux solutions par
transfert de molécules d’eau à travers une membrane
semi-perméable.
Dans le cas du procédé d’osmose inverse, la mise sous
pression de l’eau de mer entraîne un transfert de
molécules d’eau à travers la membrane. On obtient de
l’eau pure dans un compartiment et de l’eau salée très
concentrée dans l’autre
La pression osmotique est la pression minimale à exercer pour obtenir le phénomène d’osmose inverse. Pour
une solution de chlorure de sodium, on a :
avec
; C la concentration molaire de la
solution (en mol/L) ; T la température en Kelvin (T(K) = T(°C) + 273) ; R = 8,314 J.mol-1.K-1)
Document 5 : Bilan environnemental du dessalement
Questions :
1.
Quelle est la différence entre une eau de mer et une eau saumâtre ?
2.
3.
Quelle la température d’ébullition de l’eau sous une pression de 200 hPa ?
Dans le procédé de distillation à effets multiples, pourquoi la pression dans un effet doit-elle être inférieure à
la pression dans l’effet précédent ?
Que devient la vapeur produite dans le premier effet quand elle passe dans le second ? Ce phénomène libèret-il de l’énergie vers l’extérieur, ou au contraire en absorbe-t-il ? Comment cette énergie est-elle utilisée ?
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Lors du processus d’osmose, dans quel sens les molécules d’eau traversent-elles la membrane ?
Et pour l’osmose inverse ?
Calculer la concentration molaire moyenne en chlorure de sodium des eaux des mers et océans.
Données : M(Na) = 23,0 g.mol-1 ; M(Cl) = 35,5 g.mol-1.
Quelle est la pression minimale à exercer (en Pa et en bar) pour dessaler une solution de chlorure de sodium
ayant la concentration molaire précédente et une température de 10 °C par osmose inverse ?
Donnée : 1 bar = 1,0.105 Pa.
Les usines de dessalement rejettent des saumures dans les mers et océans.
Quelles sont les conséquences de ces rejets ?
La salinité moyenne de la Méditerranée est de 38 g.L-1. Pour le procédé d’osmose inverse, quelle est la
masse de sel rejetée par m3 d’eau douce produite ?
10. Comparer l’empreinte énergétique des deux procédés de dessalement.

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