Une piscine naturelle chauffée

Les piscines naturelles ont une structure de construction habituelle mais, contrairement aux piscines classiques, l’eau ne subit pas de traitement chimique. Le système de filtration est assuré par une zone réservée à la végétation, dont la surface est au moins égale à la zone de baignade pour un meilleur équilibre écologique.

La baignade est plus confortable si l’eau de la piscine est chauffée. L’une des solutions possibles est d’installer un chauffe-eau solaire, système qui permet de produire de l’eau chaude grâce à l’énergie solaire.

Le fluide caloporteur qui circule dans le capteur solaire est un mélange d’eau et de mono-propylène-glycol, c’est un antigel, dont le nom en nomenclature officielle est propane-1,2-diol et dont la formule topologique est la suivante :

En déduire la fonction de la chaudière d’appoint.

Donner la représentation de Cram de ces stéréoisomères et préciser le type de stéréoisomérie qui les lie. Ces stéréoisomères sont-ils chiraux ?

Comment réaliser un mélange racémique ?

On admettra que les protons des groupes &ndash OH donnent le même signal et ne se couplent pas avec les autres protons de la molécule.

La technique de traitement de l’eau de piscine naturelle utilise les bactéries présentes dans le système racinaire des plantes pour épurer l’eau  il s’agit d’une phyto-épuration. Les espèces végétales sont ainsi soigneusement sélectionnées pour absorber des polluants tels que les ions nitrate et phosphate. Une pompe de circulation assure le déplacement de l’eau à travers la zone de filtration naturelle.

On se propose de tester l’efficacité d’un système de phyto-épuration de ce type, en réalisant un dosage de l’azote total de la matière organique contenue dans les eaux épurées à la sortie du dernier bassin.

On prélève un échantillon d’eau de volume V_ech = 20,0 mL à la sortie du dernier bassin et on met en œuvre le protocole de dosage de l’azote total par la méthode de Kjehldal. Le volume d’acide chlorhydrique versé à l’équivalence est V_E = 10,3 mL.

Protocole simplifié de dosage de l’azote total Kjeldahl

• Minéralisation : La transformation chimique se fait à une température de 421 &deg C en présence de sulfate de cuivre avec un excès d’acide sulfurique. L’azote contenu dans la matière organique test dégradé sous forme d’ions ammonium NH₄⁺_(aq).
• Distillation : Un excès de soude est introduit dans le mélange obtenu après minéralisation pour amener le pH de la solution à 12 et transformer les ions ammonium NH₄⁺_(aq) en molécules d’ammoniac NH_3(aq), qui sont entraînées par la vapeur d’eau lors d’une distillation.
• Titrage : Le titrage de l’ammoniac NH_3(aq) présent dans le distillat est réalisé par une solution d’acide chlorhydrique (H₃O⁺_(aq)+ Cl^&ndash _(aq)), de concentration molaire C_ac égale à 2,0 &times 10^{&ndash 3} mol &middot L^{&ndash 1}, jusqu’au virage d’un indicateur coloré bien choisi.

Données

• Numéros et masses molaires atomiques de quelques atomes :

• pK_a de quelques couples acido-basiques à 25 &deg C :

H₂O_(l)/HO^&ndash _(aq) : 14  H₃O⁺_(aq)/H₂O_(l) : 0  NH₄⁺_(aq)/NH_3(aq) : 9,2.

• Zones de virage de quelques indicateurs colorés :

• Normes européennes de rejets pour les eaux résiduaires :

• matière en suspension (MES)  35 mg &middot L^{&ndash 1} 
• demande chimique en oxygène (DCO)  125 mg d’oxygène dissous 
• demande biologique en oxygène sous 5 jours (DBO5)  25 mg d’oxygène dissous au bout de 5 jours 
• l’azote total Kjeldahl (NtK) : masse totale d’azote N  20 mg &middot L^{&ndash 1}.

1. Quelle est l’espèce majoritaire dans le bécher au début du titrage ?

Même question à la fin du titrage.

2. En déduire l’équation de la réaction chimique support du titrage.

3. Citer un indicateur coloré à utiliser dans la méthode de Kjeldahl.

Justifier.