Pollution organique des eaux

Pollution organique des eaux
SPE
2
● Les matières organiques présentes dans une eau sont d'origines diverses : animale (cadavres,
excréments), végétale (débris de végétaux en décomposition) bactérienne, industrielle (chimiques,
pétrolières, agro-alimentaires …).
● En général, la pollution organique est biodégradable, c'est à dire qu'une rivière est capable de la
transformer ou de l'éliminer en partie ou en totalité grâce à l'action de micro-organismes qui
décomposent cette matière organique. La matière organique ayant besoin de dioxygène lors de sa
décomposition (de son oxydation), il en résulte un appauvrissement plus ou moins important de la
teneur en dioxygène dissous des eaux.
● Par ailleurs, la dégradation de matière organique, sous influence bactérienne, peut entrainer la
libération de substances toxiques (nitrites, ammoniac, hydrogène sulfuré), d’où la nécessité de
contrôler également l’eau consommée par la population.
C.Lévêque ; nos rivières sont elles devenues des poubelles ?, Le Pommier.
1- Quelle est le problème et la(es) conséquence(s) d'une pollution organique importante des eaux
d'une rivière ?
● Une grandeur qui permet d’évaluer cette pollution est la Demande Chimique en Oxygène (DCO),
qui est égale à la masse de dioxygène nécessaire à la dégradation par voie chimique (oxydation)
de la totalité de la matière organique contenue dans un litre d’échantillon.
Demande Chimique en Oxygène DCO
Valeurs en mg O2/L
Réactifs ; conditions opératoires
Eau naturelle pure et vive <2
Rivière légèrement polluée 2<DCO<6
Rejet station d'épuration efficace
dichromate de potassium
40<DCO<80
milieu très acide ; chauffage à reflux
Égout 200<DCO<800
● La mesure de la DCO nécessite des conditions expérimentales qui ne sont pas réalisables dans
un TP. On peut cependant réaliser le dosage des matières organiques facilement dégradables
(molécules) au moyen de la détermination de l’indice permanganate, qui correspond à la
concentration massique en dioxygène exprimée en mg O2/L équivalente au pouvoir oxydant de
l’ion permanganate sur les matières organiques contenues dans un litre d’eau.
C’est une mesure conventionnelle de la contamination d’un échantillon d’eau par les matières
organiques.
● Contrairement à la DCO, l’indice permanganate n’est pas une évaluation de la teneur totale en
matières organiques, de nombreux composés n’étant que partiellement oxydées (cellulose,
protéines…)
2- Ecrire la demi-équation d’oxydo-réduction pour le couple dichromate / chrome III : Cr2O72 -(aq)
/Cr3+(aq). Pourquoi n’utilise-t-on pas ce réactif ?
3- L’indice de permanganate d'une eau est-il supérieure à sa DCO ? Pourquoi ?
Réalisation de la mesure de l'indice de permanganate d'une eau de rivière
● Principe
Etape n°1 : Les polluants organiques de l'eau à doser sont oxydés en milieu acide par un
excès d'ions permanganate.
Etape n°2 : L'excès d'ions permanganate est entièrement réduit par un excès d'ions oxalate.
Etape n°3 : L'excès d'ions oxalate est à son tour dosé par des ions permanganate.
On dispose pour cela de plusieurs solutions :
- Solution S1 de Permanganate de potassium (K+(aq) ; MnO -4 (aq) ) C1 = 2,00 mmol.L-1 ;
-
Solution S2 d'oxalate de sodium (2 Na+(aq) ; C2O24 -(aq) ) C2 = 5,00 mmol.L-1 ;
-
Acide sulfurique (2 H3O+(aq) ; SO 24 -(aq) ) ;
Eau de rivière.
Données :
Couples oxydant / réducteur : MnO -4 (aq) /Mn2+(aq) ; CO2(aq) / C2O 24-(aq)
Une solution d'ions permanganate est de coloration violette, les ions Mn2+(aq) sont
incolores.
Étude et réalisation de l'étape n°1
Etat initial
100,0 mL d'eau de rivière
-2
n1 = 4,00×10 mmol de MnO -4 (aq)
Consommation d'une
quantité n0 d'ions
permanganate par les
polluants organiques
20 mL d'acide sulfurique
10 min d’ébullition
douce
Etat final
Excès d'ions MnO -4 (aq)
Excès = n1- n0
1- Proposer la verrerie nécessaire pour réaliser les prélèvements, pour effectuer la réaction.
Indiquer clairement les calculs de volumes.
Réaliser cette première étape en respectant bien les consignes de sécurité.
2- Quel est l'intérêt du chauffage lors de la réaction ?
Etude et réalisation de l'étape n°2
Etat initial
n1- n0 d'ions MnO -4 (aq)
Consommation totale
de l'excès n1 - n0
d'ions MnO -4 (aq)
-1
n2 = 1,00×10 mmol de C2O 24 -(aq)
5 min à chaud
Etat final
Excès d'ions C2O 24 -(aq)
n( C 2O -4 )excès = n2 -
5
(n1- n0)
2
3- Déterminer et réaliser le prélèvement de la solution S2 d’oxalate de sodium.
Réaliser cette deuxième étape en respectant bien les consignes de sécurité
4- Ecrire l’équation de la réaction ayant lieu entre les ions permanganate MnO -4 (aq) et les ions
oxalate C2O 24-(aq) .
5- A l’aide d’un tableau d’avancement montrer que la quantité de matière restante des ions
oxalate est :
5
n( C2O 24 - )excès = n2 - (n1- n0)
2
● Etude et réalisation de l'étape n°3
Il s'agit du dosage de l'excès d'ions oxalate C2O 24-(aq) par des ions permanganate MnO -4 (aq) .
6- Proposer un montage permettant de réaliser ce dosage puis réaliser le.
7- Etablir à l'équivalence du dosage, la relation entre la quantité de matière n( MnO-4 )éq et celle
d'ions oxalate
8- Montrer que
n( C 2O 24- )excès.
2
n2 – ( n1 – n0) = n( MnO-4 )éq puis faites l’application numérique.
5
Une quantité de matière n d'ions MnO-4 à la même action oxydante qu'une quantité de matière
1,25.n de dioxygène.
9- En déduire l'indice de permanganate de l'eau de rivière testée.
La législation française impose des critères de qualité pour les eaux destinées à la consommation
humaine : paramètres organoleptiques, physico-chimiques, paramètres concernant des
substances indésirables, paramètres concernant des substances toxiques, paramètres
microbiologiques, pesticides et apparentés (décret n°091-257 du 7 mars 1991). Pour les matières
organiques, on relève que « l'oxydabilité au permanganate de potassium, mesurée après 10
minutes en milieu acide, à chaud, doit être inférieure ou égale à 5 mg/L en oxygène.
10- L'eau de rivière respecte-t-elle les normes de potabilité ?
Compétences
travaillées
S’approprier
Analyser
Réaliser
Critères de Réussite
A
B
C
D
Extraire l’information utile sur des supports variés
Construire les étapes d’une résolution de problème
Justifier ou proposer un protocole
Effectuer un dosage
Activité : Pollution de l’air par le dioxyde de soufre
La pollution de l’air par le dioxyde de soufre SO2 provient essentiellement de la combustion du
fioul, du gazole et du charbon.
Pour déterminer la teneur massique en dioxyde de soufre dans l’air, on fait barboter 1,00 m3 d’air
dépoussiéré dans 50 mL d’eau distillée. On complète la solution à 100 mL avec de l’eau distillée.
On admet que tout le dioxyde de soufre de l’air est alors en solution.
On prélève V0 = 25,0 mL de cette solution, que l’on dose avec une solution S1 de permanganate
de potassium de concentration c1 = 1,00×10-4 mol.L-1.
1- Ecrire l’équation de la réaction spontanée entre les deux couples en présence : SO 2-4(aq) / SO2 (aq)
2+
et MnO -4(aq) / Mn (aq)
.
2- Définir l’équivalence. Comment la repérer ici ?
3- A l’équivalence, on a versé V1 = 8,8 mL de la solution S1 de permanganate de potassium. En
déduire la concentration C0 de la solution S en dioxyde de soufre.
4- En déduire la quantité de matière puis la masse de dioxyde de soufre dans 1,00 m3 de l’air
étudié. La norme de l’ UE donne une teneur en dioxyde de soufre de 250 µg.m-3. L’air est-il
pollué ?
Donnée : M(SO2) = 64 g.mol-1