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THÈME  EAU/EAU  ET  ENVIRONNEMENT    LA  SALINITÉ  D'UNE  EAU  D'UNE  LAGUNE  SALICOLE   PAGE  1  /  5  

 

Document  1 :  Qu'est-­‐ce  que  la  salinité  ? La  salinité  d’une  eau  de  mer,  masse  d’espèces  solides  dissoutes  dans  1kg  d’eau  de  mer,  est  une  information  utile  aux  océanographes  et  climatologues.    C'est  la  masse  de  sels  (composés  ioniques)  dissous  dans  1  L  d'eau.  Elle  s'exprime  en  g  par  kg  d'eau  Document  2  :  Quels  sont  les  principaux  ions  dissouts  dans  l'eau  de  mer  ?  L'eau  de  mer  contient  en  moyenne  35  g  par  litre  d'eau  de  mer  (300  g  par  litre  pour  la  Mer  morte).  Quels  sont  les  ions   contenus   dans   l'eau   des   océans   ?   On   retrouve   principalement   les   anions   chlorure  𝐶𝑙! ,   sulftate  𝑆𝑂!!! ,  hydrogénocarbonate  (ou  bicarbonate)  𝐻𝐶𝑂!!et    fluorure  𝐹!    .  On  retrouve  principalement  les  cations  sodium  Na+,  magnésium  Mg2+,  calcium  Ca2+  et  potassium  K+.  Document  3  :  Comment  mesure  -­‐t-­‐on  la  salinité  d'une  eau  ?  Au  cours  de  la  première  grande  campagne  océanographique  mondiale  William  Dittmar  a  analysé  77  échantillons  d'eau  de  mer  prélevés  pendant  son  tour  du  monde  à  bord  d’une  corvette  britanique  "  HMS  Challenger"  (1873-­‐1876).  Il  en  a  déduit  en  1884  une  loi,  dite  loi  de  Dittmar  :  «  Dans  l'eau  de  mer,  quelle  que  soit  la  salinité,  à  condition  qu'elle  ne  soit  pas  trop  faible,  les  proportions  relatives  des  principaux  constituants  sont  pratiquement  constantes  et  le  dosage  de  l'un  d'eux  donne  la  teneur  des  autres  et  aussi  la  salinité.  »  Ces    nombreuses  mesures  ont  montré  que  les  proportions  des  différents  sels  dissous  sont  très  sensiblement  constantes.  Il  suffit  de  déterminer  la  concentration  d'un  seul  de  ces  sels  dissous  pour  connaître  la  salinité  totale  d'un  échantillon  d'eau  de  mer.  On  montre  que  la  salinité  (S)  d'une  eau  de  mer  est  proportionnelle  à  la  chlorinité  (Cl)  :        S  =  1,80655  ×  Cl  .  La  chlorinité  caractérise  la  quantité  totale  d'ions  halogénure 𝐶𝑙!,𝐵𝑟!, 𝐼! dans  l'eau.  Document  4 :  La  conductivité • Une   solution   ionique,   selon   la   nature   et   la   concentration   de   ses   ions,   conduit   plus   ou   moins   le   courant  électrique.   Cela   se   traduit   par   la   valeur   de   sa   conductivité   σ   (en   S.m-­‐1  :   siemens   par  mètre),   grandeur   physique  mesurée  par  un  conductimètre.    • Plus  la  conductivité  est  grande  et  plus  la  solution  est  conductrice.  • La  conductivité  d'une  solution  est  reliée  à  la  concentration  des  espèces  ioniques  en  solution.  •  Nous  admettrons  que  les  ions  nitrate  𝑁𝑂!!conduisent  moins  bien  le  courant  électrique  que  les  ions  𝐶𝑙!.  • Le  conductimètre  devant  être  utilisé  avec  des  solutions  de  faibles  concentrations,  on  travaille  toujours  sur  des  solutions  diluées.  Document  5 :  Le  titrage  conductimétrique

Un  titrage    conductimétrique  consiste  à  ajouter  à  la  solution  titrée,  une  solution  titrante  mL  par  mL  et  à  mesurer  pour  chaque  ajout  la  valeur  de  la  conductivité  du  mélange  à  l’aide  d’une  sonde  conductimétrique.  L’ajout   de   la   solution   titrante,   modifie   la   composition   en   espèces  ioniques  :  la  conductivité  de  la  solution  évolue  donc  au  fur  et  à  mesure  de  l'ajout  de  la  solution  titrante.    

 À  l’équivalence,  les  réactifs  de  la  réaction  de  dosage  sont  entièrement  consommés.  

L’ajout   de   réactif   titrant   après   l’équivalence,   n’est   plus   consommé.   L'évolution   de   la   conductivité   est   due   à  l’augmentation  des  ions  dans  la  solution.    Le  graphe  σ  =  f  (Vversé)  présente  des  droites  de  pentes  différentes.  

L’équivalence   est   repérée   grâce   au   changement   de   pente   des   2   droites.   Leur   intersection   donne   le   volume  équivalent   VE   ,   c’est-­‐à-­‐dire   le   volume   de   solution   titrante   qu’il   a   fallu   ajouter   pour   atteindre   l’équivalence   du  dosage.  L’agitation  doit  être  continue  pendant  toute  l’expérience.  

Document  6    :  La  saliculture

La  saliculture,  ou  activité  salicole,  est  la  production  de  sel  alimentaire  par  cristallisation  du  sel  présent  dans  l'eau  de  mer  après  évaporation  sous  l'action  du  soleil    

Elle  existe  depuis  très  longtemps  dans  des  endroits  propices  pour  des  raisons  géographiques  (zones  littorales)  et  d'ensoleillement.  Ces  zones  ont  différentes  appellations  :  salines  (qui  peuvent  également  désigner  des  mines  de  sel  gemme),  marais  salants,  marais  salés,  marais  littoraux...  

Problème  :

Les  artémias  (Artemia  salina)  .  Ces  crustacés,  capable  de  produire  des  cystes,  qui  ont  la  faculté  de  pouvoir  donner  naissance  à  une  larve  qui  constitue  une  nourriture  de  choix  pour  la  plupart  des  écloseries  de  poissons  et  de  crustacés  dans  le  monde.      Les   artémias  ne  peuvent   se   développer   que  dans   des   eaux  dont   la   salinité  dépasse  30g.𝐿!!    Travail  demandé    Vous  disposez  d'une  eau  salicole,  prélevée  dans  un  marais  salant.    Vous  déterminerez  si  la  salinité  de  cette  eau  est  suffisante  pour  permettre  le  développement  des  artémias        

 

 Protocole  expérimental.

La   méthode   utilise   la   précipitation   des   ions   chlorure   avec   les   ions   argent   en   suivant   les   variations   de   la  conductivité  du  milieu  réactionnel.  Nous  ferons  l'hypothèse  que  notre  dosage  des  ions  chlorure  permet  de  déterminer  la  chlorinité  de  l'eau  salicole.    Les  ions  chlorure  précipitent  avec  les  ions  argent  selon  l'équation  :  𝐴𝑔! 𝑎𝑞  + 𝐶𝑙! 𝑎𝑞  →  𝐴𝑔𝐶𝑙 𝑠 .  La  solution  titrante  est  donc  une  solution  de  nitrate  d’argent  𝐴𝑔! !" + 𝑁𝑂!! !"  

PARTIE  1  :  DILUTION  DE  L’EAU  DE  MER     La  concentration  en  ions  étant  trop  importante  :  on  dilue  10  fois  l’eau  salicole  (solution  A).       Réaliser  cette  dilution  à  l’aide  de  la  verrerie  adaptée,  afin  de  fabriquer  100,0  mL  de  solution  B.     Appeler  le  professeur  pour  vérification  et  réaliser  cette  dilution.     Répondre  à  la  question  1  

PARTIE  2  :  PRÉPARATION  DU  POSTE  DE  TITRAGE.  

• Préparer  la  burette  graduée  avec  la  solution  titrante  de  nitrate  d’argent.  • Prélever  un  volume  exactement    égal  à  VS  =  10,0  mL  d’eau  de  ,  le  verser  dans  le  bécher  de  400mL,  puis  

ajouter  dans  le  bécher  environ  200  mL  d’eau  distillée.  • Placer  la  sonde  et    le  turbulent  puis  régler  le  dispositif  d’agitation.  

  Appeler  le  professeur  pour  vérification  du  montage     Répondre  à  la  question  2  

• Mesurer  la  conductivité  de  la  solution  initiale  dans  le  bécher  avant  toute  addition,  puis  verser  par  millilitre  la  solution  titrante  jusqu’  à  Vnitrate  d’argent  =  25,0  mL,  et  placer  les  points  sur  un  graphe  σ  =  f  (Vversé).  

PARTIE 3 : DÉTERMINATION GRAPHIQUE DU POINT D’ÉQUIVALENCE.  • Tracer  la  courbe  d’évolution  de  la  conductivité  de  la  solution  en  fonction  du  volume  de  solution  de  nitrate  

d'argent  versé  on  pourra  utiliser  un  tableur).  • Déterminer  le  volume  à  l’équivalence,  VE  ,  vous  laisserez  de  manière  apparente  les  constructions  sur  les  

courbes  qui  vous  permettent  de  déterminer  cette  valeur.  NETTOYER  LA  PAILLASE  ET  RANGER  LA  VERRERIE.  Répondre  aux  questions  de  la  feuille  de  réponse.  

COMPTE  RENDU        

Question  1  :  Justifier  le  choix  des  volumes  et  de  la  verrerie  utilisée.     La  solution  salicole  (A)    doit  être  diluée  10  fois  ce  qui  signifie  que  le  facteur  de  dilution      𝐹 =   !!.

!!= 10  

  En  déduit  à  partir  de  la    relation  de  dilution  𝐶!.𝑉! = 𝐶! .𝑉!       !!.

!!= !!.

!!  

  𝐹 = !!.!!  

  Le  volume  de  solution  salicole  à  prélever     𝑉! =

!!!  

  Le  volume  de  solution  fille  à  préparer  est    𝑉! = 100  mL     soit  :  𝑉! =

!""!"=  10,0  mL  

  Il  faut  donc  prélever  un  volume  𝑉! = 10,0  mL     Choix  de  la  verrerie  :       Il  est  guidé  de  façon  à    obtenir  la  meilleure  précision  dans  la  mesure  des  volumes     Pour  recueillir  la  solution  fille  on  utilisera  la  fiole  jaugée  de  100,0  mL  mise  à  disposition       Pour  prélever  le  volume  𝑉!  de  solution  salicole  on  utilisera  la  pipette  jaugée  de  10,0  mL  

 

Question  2  :  Faire  un  schéma  du  montage  en  précisant  la  nature  du  réactif  titrant  et  du  réactif  titré.       La  réaction  de  dosage  est  

𝐴𝑔! 𝑎𝑞  + 𝐶𝑙! 𝑎𝑞  →  𝐴𝑔𝐶𝑙 𝑠     Le  réactif  titrant  est  la  solution  de  nitrate  d’argent  dont  on  connaît  précisément  la  concentration    c’est  à  dire  𝐴𝑔! !" + 𝑁𝑂!! !"  de  concentration  C     Le  réactif  titré  sont  les  ions  chlorures  contenu  dans  les  le  volume  𝑉! = 10,0  𝑚L  d’eau  salicole  dilué  préparée  précédemment  

 

 

Question  3  :          VE  =        11,9  mL                                                                

 

 Expliciter  la  méthode  pour  déterminer  graphiquement  l’équivalence  en  conductimétrie  :    

   

       

On  porte  en  abscisse  les  volumes  de  solution  titrante  versé  et  en  ordonnée  la  conductivité  de  la  solution  titrée  On  reporte  les  valeurs  mesurées  Les  points  sont  pratiquement  alignés  sur  deux  droites  de  pentes  différentes  Le  but  est  de  bien  repérer  le  volume  au  delà  duquel    la  pente  change    On  trace  les  droites  moyennes  que  l’on  prolonge.  L’abscisse  du    point  d’intersection    correspond  au  volume  équivalent  𝑉!    

Question  4  :  Définir  l'équivalence  et  en  déduire  une  expression  permettant  de  déterminer  la  concentration  molaire  en  ions  chlorure  CS  de  la  solution  S  en  fonction  des  grandeurs  de  volume  et  concentration  utilisées  dans  ce  TP  .  Pourquoi  ajoute-­‐t-­‐on  200mL  d'eau  dans  le  bécher  de  travail?    La  quantité  de  réactif  titrée  en  est-­‐elle  modifiée  ?       La  réaction  de  dosage  est  

𝐴𝑔! 𝑎𝑞  + 𝐶𝑙! 𝑎𝑞  →  𝐴𝑔𝐶𝑙 𝑠    

 

(𝐴𝑔!(!") + 𝑁𝑂!!(!"))  

V! = 10,0  mL  de  solution  B  

  À  l’équivalence  la  quantité  𝑛(𝐶𝑙!)  de  réactif  titré  présent  initialement  dans    les  10,0  mL  de  solution  salicole  diluée  mise  dans  le  bécher    et  la  quantité  d’ion  argent  𝑛(𝐴𝑔!)  sont  dans  les  proportions  stoechiométrique      D’après  l’équation  de  la  réaction  de  titrage    

𝑛(𝐶𝑙!)1

=𝑛(𝐴𝑔!)

1  

Soit  𝑛(𝐶𝑙!) =  𝑛(𝐴𝑔!)  

 

Question  5  :  Calculer  CS    Il  s’agit  de  la  concentration  de  la  solution  salicole  diluée  titrée  dont  on  a  dosé    un  volume  𝑉! = 10,0  𝑚𝐿  

𝐶! =𝑛(𝐶𝑙!)𝑉!

 

or  𝑛(𝐶𝑙!) =  𝑛(𝐴𝑔!)    contenu  dans  le  volume  𝑉!  de    la  solution  titrante  versé  à  l’équivalence  de  concentration  C    

𝐶! =𝑛(𝐴𝑔!)𝑉!

 

𝑜𝑟  𝑛(𝐴𝑔!) = 𝐶.𝑉!  et  donc    

𝐶! =𝐶.𝑉!𝑉!

 

Application  numérique    𝐶 = 5,00. 10!!  mol. L!!  

𝑉! = 10,0  mL = 10,0. 10!!L      𝑉! = 11,9  mL = 11,9. 10!!L  

𝐶! =5,00. 10!!×11,9. 10!!

10,0. 10!!  

𝐶! = 𝐶𝑙! !" = 5,95. 10!!  mol. L!!  

 

Question  6  :  Déterminer,  à  l'aide  de  vos  résultats  expérimentaux,  le  titre  massique  de  la  solution  S0  en  ions  chlorure  :  t(Cl-­‐).    la  solution  dosée  à  été  diluée  10  fois  𝐹 =   !!.

!!= 10  

la  concentration  de  la  solution  salicole  non  diluée  (solution  mère)  𝑆!  est  𝐶!  la    concentration  de  la  solution  diluée  titrée  (solution  fille)  S  est  𝐶! = 𝐶!    

𝐶! = 10×  𝐶!  le  titre  massique  est  la  concentration  massique  en  ion  chlorure    est  relié  à  la  concentration  molaire  𝑀(𝐶𝑙!)  des  ions  chlorure    

𝑡 𝐶𝑙! = 𝑀(𝐶𝑙!)×𝐶!    

𝑡 𝐶𝑙! = 𝑀(𝐶𝑙!)×10×  𝐶!  A.N.  

𝑡 𝐶𝑙! = 35,5×10×  5,95. 10!!  𝑡 𝐶𝑙! = 211. 10!!g. L!!  

 𝑡 𝐶𝑙! = 21,1. g. L!!  

 

Question  7  :  La  salinité  S  exprimée  en  g/L  se  calcule  avec  la  relation  S  =  t(Cl-­‐)×  1,806  655  en  assimilant  la  chlorinité  au  titre  massique  en  ion  chlorure.  

𝑆   =  𝑡(𝐶𝑙!)×  1,806  655  𝑆   =  21,1×  1,806  655  

𝑆   =  38,2g. L!!  La  salinité  de  l'eau  étudiée  est-­‐elle  suffisante  pour  l'élevage  de  l'artemia  ?  L’Artemia  poura    mener  une  vie  paisible  dans  l’eau  salicole  que  l’on  vient  de  doser  car  𝑆   ≥ 30  g. L!!    

 

Question  8  :  Justifier  qualitativement  l'allure  de  la  courbe  σ  =  f  (Vnitrate  d’argent)    avant  et  après  l'équivalence.  On  rappelle  a  réaction  de  titrage  :  𝐴𝑔! 𝑎𝑞  + 𝐶𝑙! 𝑎𝑞  →  𝐴𝑔𝐶𝑙 𝑠  Avant  l’équivalence  à  chaque  volume  versé  de  solution  titrante  𝐴𝑔! !" + 𝑁𝑂!! !"  Des    ions  𝐶𝑙! 𝑎𝑞    disparaissent  et  sont  remplacé  par  des  ions  𝑁𝑂!! !"    qui    conduisent  moins  bien  que  les  ions  𝐶𝑙! 𝑎𝑞 ,  la  conductivité  de  la  solution  diminue.  (pente  négative  de  la  droite)    Après  l’équivalence  :  tous  les  ions  𝐶𝑙! 𝑎𝑞  ont  disparus  et  à  chaque  volume  versé  de  solution  titrante  des  ions    𝐴𝑔! !" 𝑒𝑡  𝑁𝑂!

!!"  sont  ajoutés  ,  la  quantité  d’ions  présents  augmentent  rendant  la  solution  plus  

conductrice  (pente  positive  de  la  droite)