Exercice corrigé Ancien programme

Artémia et les chlorure

L'Artémia est le nom scientifique d'un petit crustacé qui possède la particularité de pouvoir vivre dans des milieux très salés tels que certains lacs et marais salants. Pour se développer, les Artémia ont besoin de vivre dans un milieu marin dont la teneur (ou la concentration massique) moyenne en ions chlorure est supérieure à . Dans ces conditions, leur développement n'est pas compromis car les prédateurs aquatiques ne supportent pas des conditions salines aussi élevées.

L'observation de la population des artémias est donc un moyen de surveiller la teneur en chlorure de ces eaux.

Avant d'implanter un élevage d'Artémia dans des marais salants du Sud de la France, on se propose de déterminer la concentration en ions chlorure d'un prélèvement d'eau d'un marais de la zone choisie. Cette eau contient exclusivement des ions sodium et des ions chlorure.

La méthode utilisée permet de doser les ions chlorure par précipitation avec les ions argent .

La réaction de précipitation peut être considérée comme totale. Le chlorure d'argent formé est un solide blanc.

L'équivalence du dosage sera déterminée en utilisant un indicateur coloré.

Principe du titrage : l'indicateur coloré de fin de réaction est préparé en dissolvant quelques grains de dichlorofluorescéine dans un mélange eau-éthanol (méthode de Fajans). La solution obtenue a une couleur jaune. La présence d'ions sodium , chlorure ou nitrate ne modifie pas la couleur de la dichlorofluorescéine. Par contre, en présence d'ions , la solution de dichlorofluorescéine prend une couleur rose-rouge.

Donnée. Masse molaire atomique du chlore : .

1. Illustration du fonctionnement de l'indicateur coloré

On prépare deux tubes à essais, numérotés 1 et 2. Dans chaque tube, on mélange 2,0 mL de solution de chlorure de sodium de concentration et quelques gouttes de solution de l'indicateur coloré préparé avec la dichlorofluorescéine.

Dans le tube n° 1, on ajoute de solution de nitrate d'argent

de concentration .

Dans le tube n° 2, on ajoute de solution de nitrate d'argent de concentration .

a. Quel est le réactif en excès dans chacun des tubes ? Justifier.

b. Quel est l'aspect et la coloration du contenu de chaque tube ?

2. Principe du dosage

On veut doser un volume V1 d'une solution S1 d'ions chlorure par une solution S2 de nitrate d'argent de concentration C2.

a. Faire un schéma annoté du dispositif de titrage.

b. Définir l'équivalence et expliquer brièvement comment la déterminer. Préciser et justifier le changement de couleur observé.

3. Préparation de la solution à doser

En septembre 2003, après un été caniculaire, on a prélevé un échantillon d'eau dans un marais salant de la zone prévue pour implanter l'élevage d'Artémia.

On dilue 10 fois cette eau pour obtenir la solution S1 à doser.

a. On souhaite obtenir 50 mL de la solution S1. Quel volume d'eau doit-on prélever ?

b. Quelle verrerie doit-on utiliser pour effectuer la dilution ? Expliquer brièvement le mode opératoire.

4. Exploitation du dosage

On réalise le dosage d'un volume de solution S1 par une solution S2 de nitrate d'argent de concentration . Le volume de nitrate d'argent versé à l'équivalence est .

a. Déterminer la concentration molaire des ions chlorure dans la solution S1.

b. En déduire la concentration molaire des ions chlorure dans l'eau du marais.

c. Cette eau est-elle favorable au développement des Artémia ?

5. Utilisation des ressources organiques d'une eau

Expliquer en quelques lignes la dernière phrase du texte « L'observation de la population des artémias est donc un moyen de surveiller la teneur en chlorure de ces eaux. »

1. a. L'équation chimique de la réaction modélisant la transformation est :

Les conditions stœchiométriques sont donc 1 mole d'ion argent pour 1 mole d'ion chlorure. Le réactif en excès est donc le réactif pour lequel la quantité initiale est supérieure à l'autre.

Or dans le tube n° 1, et donc les ions chlorure sont en excès.

En effet :

et .

De la même façon, dans le tube n° 2 :

.

Donc donc ce sont les ions argent qui sont en excès.

On pouvait aussi faire le calcul de l'avancement maximal et déterminer le plus petit des avancements maximaux possibles pour déterminer le réactif en défaut et déduire celui en excès. Cela peut se faire avec ou sans tableau d'avancement.

b. En fin de transformation, il reste des ions argent dans le tube n° 2 puisqu'ils sont en excès donc on observe une coloration rose-rouge (d'après le texte expliquant les teintes de l'indicateur coloré).

Par contre dans le tube n° 1, tous les ions argent ayant été consommés (ils sont en défaut), on observe une coloration jaune.

2. a. Dispositif de titrage :

b. Par définition, à l'équivalence les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques, ils sont donc totalement consommés.

Dans un titrage colorimétrique, la solution subit un changement de teinte (dû à la coloration d'un réactif et/ou d'un produit de la réaction ou à un indicateur coloré ajouté). Ce changement de couleur permet de déterminer l'équivalence.

Étudions ce titrage en particulier. Avant l'équivalence les ions argent versés sont immédiatement consommés et donc la solution reste jaune.

Après l'équivalence, il n'y a plus d'ion chlorure et les ions argent ajoutés sont donc en excès : la solution devient rose-rouge.

Les dosages sont forcément très présents dans ce chapitre car ils interviennent dans le contrôle physico-chimique des pollutions et les vérifications réglementaires lors du traitement de l'eau. Voir le chapitre 12.

3. a. Au cours d'une dilution, la quantité de matière de soluté se conserve. Il y a toujours autant de soluté dans la pipette de solution mère que dans toute la fiole de solution fille fabriquée.

Donc , soit .

D'où .

On doit donc prélever 5,0 mL d'eau du marais salant.

b. Verrerie à utiliser : pipette jaugée de 5,0 mL, fiole jaugée de 50 mL, bécher.

On verse de l'eau du marais salant dans un bécher.

  •  On prélève à la pipette jaugée, d'eau du marais salant.
  •  On verse ce volume dans une fiole jaugée de 50 mL préalablement remplie à moitié d'eau distillée.
  •  On agite.
  •  On ajoute de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. On bouche et on agite à nouveau.

Les dilutions et dissolutions se font toujours en utilisant une fiole jaugée. Pour les prélèvements pour les dilutions, il faut privilégier les pipettes jaugées lorsque le volume à prélever est 5 mL, 10 mL, 20 mL ou 50 mL. Sinon on pourra utiliser une pipette graduée (moins précise mais avec laquelle on peut prélever n'importe quel volume (par exemple 18 mL).

4. a. D'après l'équation chimique de la réaction support du titrage, on a à l'équivalence : .

C'est-à-dire , donc .

Soit .

b. Pour le titrage on a dilué par 10 l'eau du marais donc l'eau du marais est dix fois plus concentrée, soit .

.

c. Déterminons la concentration massique t0 en ions chlorure de l'eau du marais.

.

La concentration massique t est toujours liée à la concentration molaire c :

c. D'après le texte, l'Artémia ne peut se développer que si , ce marais est donc favorable à son développement.

5. Étant donné que les artémias doivent être dans une eau ayant une teneur en chlorure supérieure à 30 g/L pour se développer réellement, il suffit donc de surveiller le développement de ces crustacées pour savoir si la teneur en chlorure est supérieure ou inférieure à cette limite :

– si les artémias se développent et prolifèrent, la teneur en chlorure est supérieure à 30 g/L 

– si les artémia ne se développent pas ou disparaissent, la teneur en chlorure est inférieure à cette limite.

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