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Corrigés de BAC

Bac Physique-Chimie

Nouvelle Calédonie 1

Dans cette vidéo, on aborde le sujet du titrage des ions chlorures dans les eaux souterraines afin de vérifier leur concentration en masse. On explique d'abord le risque de contamination des nappes phréatiques par les ions chlorures provenant de la mer. Ensuite, on présente l'expérience de titrage qui consiste à prélever 50 mL d'eau douce et à les titrer avec une solution de nitrate d'argent. On suit ce titrage par conductimétrie et on nous demande d'identifier la courbe correspondant à l'évolution de la conductivité en fonction du volume de solution versé. On explique ensuite la réaction de titrage et comment les ions évoluent avant, pendant et après l'équivalence. On constate que la conductivité diminue avant l'équivalence et augmente après. La courbe qui descend puis remonte est donc la bonne. On détermine ensuite que le volume versé à l'équivalence est de 13 mL. Enfin, on calcule la concentration massique en ions chlorures dans l'eau prélevée en utilisant la formule de quantité de matière. On conclut que la concentration est inférieure à la limite de potabilité de 200 mg/L et que l'eau peut être utilisée pour la consommation. Enfin, on aborde la modélisation du titrage via un langage de programmation Python et on identifie les espèces chimiques présentes et leur évolution au cours du titrage. On complète également une ligne de code Python pour calculer la concentration en ions chlorures.

Bonjour à tous, c'est Théobald de Sudéo, et dans cette vidéo, on va faire un exercice de chimie qui s'intéresse au titrage des ions chlorures présents dans les eaux souterraines. Alors dans la première partie de cet exercice, on nous expliquait qu'il y avait un risque de contamination des eaux des nappes phréatiques, donc de l'eau douce des nappes phréatiques, si cette eau douce était trop proche de la mer. Et lors du pompage, il y avait un risque de contamination en ion chlorure de l'eau douce, et si la concentration en ion chlorure dans l'eau douce est trop élevée, alors l'eau risque de ne plus être propre à la consommation. Et donc dans cet exercice, on veut faire un titrage pour pouvoir vérifier cette concentration en masse des ions. Donc on prélève 50 millilitres d'eau douce au niveau du pompage, qu'on va titrer via une solution de nitrate d'argent, Ag+, NO3-, dont on donne la concentration en quantité de matière. Donc l'équation de réaction de support du titrage, c'est Ag+, plus Cl-, qui donne le solide ionique AgCl, et on va suivre ce titrage par conductimétrie. Et la première question, on nous donne d'identifier parmi les trois courbes, donc ces trois courbes représentent l'évolution de la conductivité du mélange en fonction du volume de solution nitrate d'argent versé, et on nous demande quelle courbe est la bonne, puisqu'il n'y a qu'une seule ici qui représente vraiment la réalité. Alors pour ça, moi ce que je vous conseille, c'est déjà de faire un schéma pour comprendre la situation. Si vous avez bien compris ce qui se passe, vous n'êtes pas obligés, mais ça peut vraiment aider. Puis de faire un tableau de présence des ions en solution, ça c'est obligatoire, et enfin de déterminer la tête de la courbe σ égale f2v. Alors le schéma ça ressemble à quelque chose comme ça. On a une burette graduée dans laquelle on met notre solution nitrate, donc Ag+, NO3-, et dans mon bécher on a notre eau douce, avec notamment les ions Cl-. Il y a d'autres ions en réalité, mais c'est ceux-là qui nous intéressent puisque c'est ceux-là dont on veut trouver la concentration, et qui vont réagir avec Ag+. Et puis là on met une petite sonde qui est reliée à notre conductimètre. Et donc on va faire couler au fur et à mesure Ag+, NO3- dans notre bécher, et la réaction de support du titrage va se dérouler comme ça. Notre équation de réaction donc c'est celle-ci, on nous dit qu'elle est rapide et totale. On a compris la situation, on peut passer donc maintenant au tableau de présence des ions en solution. Donc tous les ions qui sont présents c'est Ag+, Cl- et NO3-, et puis ici j'ai mis la conductivité. Maintenant ce qu'on va faire c'est, à l'état initial, qu'est-ce qui est présent dans notre bécher ? Et bien Ag+, NO3- n'est pas présent dans mon bécher à l'état initial. Cl- est présent en une certaine quantité et NO3- n'est pas présent non plus, puisque NO3- et Ag++ sont dans ma burette. Donc on a une conductivité initiale σ0. Et puis on va se demander ce qui se passe entre l'état initial et l'équivalence, donc dans la case avant l'équivalence. Là on va faire couler Ag+, NO3-, mais Ag++ va directement réagir avec Cl-, c'est ce que j'explique ici, et vu que la réaction est rapide, à chaque fois qu'on met une goutte d'Ag+, elle va se transformer, en réagissant avec Cl-, en monsoylionique AgCl. Donc finalement jusqu'à l'équivalence, Ag++ n'est pas présent en solution. Donc avant l'équivalence, on n'a toujours pas d'Ag+, la concentration en Cl- va diminuer, puisque les ions Cl- réagissent avec les ions Ag+. La concentration Ag++ augmente, puisque Ag++ est ajouté au fur et à mesure, mais ne réagit avec personne. Et la question maintenant, c'est est-ce que ma conductivité va augmenter ou va diminuer ? En fait elle diminue, pourquoi ? Parce que la conductivité molaire ionique de Cl- est plus importante que celle de NO3-. C'est l'énoncé qui nous dit ça. Donc c'est-à-dire que cette colonne a plus d'importance, plus de poids que celle-ci. Et donc c'est celle-ci qui remporte, et finalement ma conductivité diminue. À l'équivalence, on n'a toujours pas d'Ag+, Cl- a disparu, puisque la dernière goutte de Cl- a réagi avec la dernière goutte qu'on a ajoutée d'Ag+. Et on a une conductivité... Ah oui désolé, NO3- c'est la concentration NO3- à l'équivalence, et on a une conductivité σ-. Après l'équivalence, je continue à ajouter des ions Ag+, mais il n'y a plus d'ions Cl- donc qui peuvent exister en solution. Donc on a une concentration Ag+, qui augmente, celle de Cl- est toujours nulle, et celle de NO3- augmente. Ici, pas de doute sur l'évolution de ma conductivité, puisqu'on a une augmentation du nombre de la concentration des ions en solution. Donc ma conductivité augmente. On peut maintenant tracer σ- égale F2V à la main. On part de σ0, on descend jusqu'à σ- équivalence, et puis à σ- équivalence, on remonte, c'est ce qu'on nous dit ici. Donc finalement, la bonne courbe, si on regarde, il nous faut une courbe qui descend et qui remonte, c'est bien la courbe 3. On a répondu à la question. Ce qu'on nous dit ensuite, c'est que le volume versé à l'équivalent, c'est Vec, qui vaut 13 mL. Et on veut en déduire si l'eau du pré-élèvement peut être utilisée pour l'alimentation en eau potable. On se souvient, l'eau est potable en deçà d'une certaine limite de concentration massique, qui est de mémoire 200 mg par litre, en ions Chlorure. Donc, ce qu'on veut nous trouver, c'est cette concentration en ions Chlorure qu'on va comparer ensuite aux valeurs d'énoncé. On cherche une concentration massique en scellement. Mais nous, on part donc de cette réaction de titrage. Donc, à l'équivalence, les réactifs ont été apportés en proportion stoichiométrique. C'est obligatoire de noter sur la copie. Et c'est grâce à ça qu'on peut écrire que la quantité de matière en Ag+, à l'équivalence, est égale à la quantité de matière en ions Chlorure initialement introduite. On connaît, nous, la concentration de la solution de nitrate d'argent. Donc, on va pouvoir remplacer la quantité de matière en Ag+, par une concentration fois un volume. Donc, la concentration en Ag+, qui vaut la concentration de la solution de nitrate d'argent, multipliée par mon volume, à l'équivalence, qui vaut la concentration en Cl- fois V0. V0, c'est le volume d'eau douce prélevée. Et Cl-, c'est ce qu'on cherche. Le modulo, le fait qu'on ne cherche pas une concentration molaire, comme on a ici, mais une concentration massique. Donc, la concentration molaire en Cl-, c'est la concentration molaire en Ag+, fois Vx sur V0. Avec Ag+, Vx et V0, on connaît tout le monde. Attention, on veut comparer aux valeurs de l'énoncé, donc aux valeurs de concentration en Cl- connues. Donc, il nous faut une concentration massique. Pour ça, on a juste à multiplier notre formule par la masse molaire de Cl-, qui est elle donnée dans l'énoncé. Et donc, maintenant, on a la même formule que ce qu'on avait ici, mais multipliée par la masse molaire de Cl-. On peut faire notre application numérique. On fait attention à toutes les unités. Et on obtient que la concentration massique en Cl- est de 92,13 mg par litre, ce qui est bien inférieur aux 200 mg par litre, valeur maximale donnée par l'énoncé pour la potabilité de l'eau. Donc, l'eau douce peut être utilisée pour l'alimentation en eau potable. On va ensuite faire une modélisation du titrage. Ici, on a répondu finalement à la grande question qui était de savoir est-ce que notre douce est encore potable ? La réponse est oui. Dans cette troisième partie, cette partie C, on veut faire une modélisation via un langage de programmation Python. Et l'objectif va être de visualiser, on nous dit, l'évolution des quantités de matière des ions Ag+, Cl- et du produit ionique AgCl. Tout cela, bien évidemment, au cours du titrage. Et alors, la première question nous demande de définir parmi Na, N.2, en fait, d'identifier les espèces chimiques A, B et C. Donc, on a trois espèces. La première A, elle est présente au début, puis au fur et à mesure du titrage, elle diminue jusqu'au volume d'équivalence et après, elle est stable, et etc. pour les deux autres. On veut savoir qui sont A, qui sont B, qui sont C. Eh bien, on est parti. On va nous prendre chacune de nos espèces et essayer de retracer sa vie au cours de notre titrage. On part du produit ionique AgCl. AgCl, au début du titrage, il est absent. Et puis, il va se former jusqu'à l'équivalence. Jusqu'à l'équivalence, Cl- aura disparu et on ne pourra plus le former. Donc, on veut quelque chose qui est absent au début et qui se forme jusqu'à l'équivalence. Eh bien, ça ressemble à quelque chose comme ça. Donc, AgCl, mon espèce C, c'est bien ma courbe rouge. Pour Ag+, eh bien, Ag+, il est absent au début du titrage. Et puis, on en rajoute, mais sauf que jusqu'à l'équivalence, puisque Cl- est encore présent et que la réaction est rapide, eh bien, quand on en rajoute, il disparaît tout de suite et donc, il n'est pas présent jusqu'à l'équivalence. À l'équivalence, il va enfin pouvoir être présent en solution et sa quantité de matière en solution va augmenter puisque Cl- n'existera plus. Donc, on veut quelque chose qui n'existe pas jusqu'à l'équivalence et qui existe ensuite. Eh bien, c'est celle-ci, Ag+, c'est l'espèce B. On en déduit que Cl- sera l'espèce A, mais on peut le vérifier, présent au début, puisque c'est l'espèce dont on cherche à connaître la concentration. Il disparaît petit à petit pour former AgCl et à l'équivalence, il a complètement disparu. Eh bien, c'est bien notre espèce A. Donc, Cl- est l'espèce A. On nous demande ensuite de compléter la ligne 15 du programme Python qui permet de calculer la concentration en quantité de matière en ion chlorure. Donc, la ligne 15, c'est celle-ci. On veut la concentration en quantité de matière en ion chlorure. On se souvient que Na, c'est Ag+, A, c'est Ag+, B, c'est Cl- et C, c'est AgCl. Et en fait, la concentration en quantité de matière en ion chlorure, on l'a écrit juste là. Concentration en quantité de matière en ion chlorure, c'est la concentration Ag+, multipliée par Vx sur V0. Eh bien, on va réécrire ça juste là. Donc, c'est Cb, qui était la concentration en Cl-, fois Vx sur Va. Je me demande si nous cherchions Ca. Ouais, c'est ça. Si vous avez des questions, n'hésitez pas à les poser en commentaire et j'y répondrai avec plaisir. Sous-titrage Société Radio-Canada

Qualité des eaux souterraines (2)

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