La composition et la qualité d’une eau

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Fiches
Classe(s) : Tle ST2S | Thème(s) : Le contrôle de la qualité de l’eau

A La concentration ionique

La concentration massique Cm d’une espèce chimique en solution est la masse de l’espèce chimique par litre de solution. C’est le rapport de la masse de l’espèce chimique par le volume de solution. Elle s’exprime en kilogramme par litre kg.L–1.

Tableau de 1 lignes, 2 colonnes ;Corps du tableau de 1 lignes ;Ligne 1 : Cm = mV; m : masse de l’espèce chimique en kilogramme (kg)V : volume de la solution en litre (L)Cm : concentration massique de l’espèce en solution en kilogramme par litre (kg.L–1) ou en gramme par litre (g.L–1);

La concentration molaire C d’une espèce chimique en solution est la quantité de matière de l’espèce chimique contenue par litre de solution. C’est le rapport de la quantité de matière de l’espèce chimique par le volume de solution. Elle s’exprime en mole par litre mol.L–1.

Tableau de 1 lignes, 2 colonnes ;Corps du tableau de 1 lignes ;Ligne 1 : C = nV; n : quantité de matière de l’espèce chimique en mole (mol)V : volume de la solution en litre (L)C : concentration molaire de l’espèce en solution en mole par litre (mol.L–1);

Remarque

La concentration massique est liée à la concentration molaire : Cm = C × M, où M est la masse molaire de l’espèce dissoute.

Les eaux de consommation n’ont pas toute la même composition ionique : pour s’imprégner de minéraux et se charger parfois en gaz carbonique (dioxyde de carbone), elles doivent séjourner de nombreuses années dans le sous-sol. Les substances minérales sont importantes pour l’organisme humain, mais il ne peut les produire lui-même et doit donc les rechercher dans la nourriture.

Les compositions moyennes des eaux minérales sont données par leur concentration massique en milligramme par litre dans le tableau suivant.

Tableau de 10 lignes, 8 colonnes ;Corps du tableau de 10 lignes ;Ligne 1 : EauxIons; Contrex; Évian; VichySt-Yorre; Vittel; Volvic; Eau douce  de lac; Eau douce  de rivière; Ligne 2 : Sodium Na+; 9,1; 5; 1708; 3,8; 9,4; 0,17; 0,39; Ligne 3 : Potassium K+; 3,2; 1; 132; ; 5,7; ; 0,04; Ligne 4 : Calcium Ca2+; 486; 78; 90; 202; 9,9; 0,22; 0,52; Ligne 5 : Magnésium Mg2+; 84; 24; 11; 36; 6,1; 0,15; 0,21; Ligne 6 : Chlorure Cl–; 8,6; 4,5; 322; ; 8,4; 0,3; 0,23; Ligne 7 : Nitrate NO3−; 2,7; 3,8; ; 4,6; 6,3; ; ; Ligne 8 : Hydrogéno­carbonate HCO3−; 403; 357; 4 368; 402; 65,3; 0,43; 1,1; Ligne 9 : Sulfate SO42−; 1 187; 10; 174; 306; 6,9; 0,10; 0,21; Ligne 10 : pH; 7,4; 7,2; 6,6; 7,6; 7; ; ;

B Les critères physico-chimiques de potabilité de l’eau

Ils sont définis par l’arrêté du 11 janvier 2007 du ministère de la Santé relatif aux limites et références de qualité des eaux brutes et des eaux destinées à la consommation humaine mentionnées aux articles R. 1321-2, R. 1321-3, R. 1321-7 et R. 1321-38 du Code de la santé publique.

Les valeurs sont indiquées en annexe du document et on trouve les valeurs limites ou les encadrements pour les concentrations des espèces ioniques, des polluants, du pH, de la turbidité, etc.

Tableau de 7 lignes, 2 colonnes ;Corps du tableau de 7 lignes ;Ligne 1 : Aluminium total; 0,200 mg.L–1; Ligne 2 : Ammonium (NH4+); 0,10 mg.L–1; Ligne 3 : Carbone organique total (COT); 2,0 mg.L–1; Ligne 4 : Chlore libre et total; Absence d’odeur ou de saveur désagréable et pas de changement anormal.; Ligne 5 : Chlorites; 0,20 mg.L–1 sans compromettre la désinfection, la valeur la plus faible possible doit être visée.; Ligne 6 : Chlorures; 250 mg.L–1; Ligne 7 : Conductivité; > 200 et < 1 100 μS.cm–1 à 20 °C;

C L’équivalence d’un dosage par titrage

Il est important de connaître la concentration d’espèces chimiques dans différents milieux : dans le domaine médical, dans l’alimentation. On réalise pour cela un dosage qui peut utiliser une réaction chimique : on titre alors l’espèce chimique.

#vidéo

Le titrage conductimétrique

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Si on considère la réaction a A + b B → c C + d D, où a, b, c et d sont les coefficients stœchiométriques et A, B, C et D sont les espèces chimiques, les réactifs A et B sont à apporter selon leurs proportions stœchiométriques si nAa=nBb. Les réactifs A et B sont alors totalement consommés.

Dans le cas d’un titrage, on ajoute un réactif de concentration connue au réactif à doser et on recherche l’équivalence : on veut obtenir des proportions stœchiométriques.

Dans le cas d’un titrage suivi par conductimétrie, on repère l’équivalence par une rupture de pente de la courbe montrant l’évolution de la conductivité en fonction du volume de réactif titrant ajouté.

Le montage expérimental utilisé est indiqué sur le schéma ci-contre.

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Titrage par conductimétrie

Application

Un volume V1 = 100,0 ml de solution aqueuse d’ion sulfate SO42 de concentration C1 inconnue est dosé par une solution aqueuse d’ion baryum Ba2+ de concentration C2 = 0,050 mol.L–1. L’équation de la réaction support du titrage est : Ba2+ + SO42 → BaSO4(s).

On ajoute progressivement la solution d’ion baryum et on mesure la conductivité. On observe la formation d’un précipité blanc.

1. Définir l’équivalence pour ce titrage et en déduire une relation entre C1, V1, C2 et V2e le volume de solution d’ion baryum versé à l’équivalence.

2. Pourquoi la conductivité augmente-t-elle après l’équivalence ?

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3. Déterminer la concentration C1 en ions sulfate.

Solution

1. L’équivalence correspond à l’apport de l’ion baryum en proportions stœchiométriques avec l’ion sulfate : n1 = n2e, soit la relation entre C1 × V1 = C2 × V2e.

2. La conductivité augmente après l’équivalence car on ajoute l’ion baryum conducteur de l’électricité qui n’est plus détruit puisqu’il n’y a plus d’ion sulfate.

3. La concentration C1 = C2 × V2e/V1 or V2e = 11,1 ml, donc C1 = 0,050 × 11,1/100 = 0,0056 mol.L–1 = 5,6 mmol.L–1 en ions sulfate.

#quiz

Des questions pour réviser

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