Document 1 : Origine des pluies acides

Compétences travaillées : Savoir extraire, exploiter et organiser des informations
Mettre au point un protocole
Questionner les résultats d’une démarche
S’approprier et réaliser un montage expérimental
Respecter les règles de sécurité
Ecrire le résultat d’une mesure
Analyser un résultat expérimental
L’expansion et l’intensification des activités humaines sont à l’origine de l’émission de plus en plus importante de
polluants.
Leur propagation peut s’effectuer :
- dans l’atmosphère sous formes de fumées susceptibles de retomber avec les pluies (cf pluies acides).
- par ruissellement à partir de déchets en surface ou souterrains (épandages de fertilisants ou de
pesticides).
On cherche d’ailleurs à récupérer rapidement l’eau de pluie pour qu’elle soit le moins polluée possible.
Document 1 : Origine des pluies acides
L'expression « pluie acide » désigne toute forme de précipitation anormalement acide. On distingue les retombées
humides (pluie, neige, brouillard, smog...) des retombées sèches (particules fines, gaz).
Le pH de l’eau de pluie est inférieur à 7 (autour de 5,6). En effet, le dioxyde de carbone CO2 présent dans
l’atmosphère est relativement soluble dans l’eau. Ainsi, lorsque les gouttelettes d’eau se condensent dans les nuages
ou lorsqu’il pleut, le CO2 se dissout. Il libère alors des ions oxonium H3O+ responsables du pH selon la réaction
suivante :
CO2 (g) + 2 H2O (l)  HCO3- (aq)
+ H3O+ (aq)
SO2
SO3
H2SO3 + H2SO4
Cette acidification, relativement
NO
NO
HNO3
x
2
légère,
a
été
fortement
amplifiée lors de ces dernières
décennies.
Les
premières
observations alarmantes datent
de 1960 : le pH des pluies dans
la plupart des quartiers de Los
Angeles est descendu jusqu’à 2
(acidité d’un jus de citron !).
La croissance de l’acidité des
pluies est un des premiers
problèmes qui fit prendre
conscience à l’échelle planétaire
des effets indésirables de
l’industrialisation intensive sur Oxydes d’azote NOx, dioxyde de soufre SO2
l’environnement. En effet, elle
est due aux rejets, dans
l’atmosphère, de gaz polluants
d’oxyde d’azote (NO, NO2) et de
dioxyde de soufre (SO2) par les activités humaines (industrie et transport principalement) ou lors de phénomènes
naturels violents (explosion volcanique, foudre, feux de forêts).
Ces gaz s’intègrent rapidement aux nuages et se transforment en acide nitrique (HNO3), acide sulfureux (H2SO3) et
acide sulfurique (H2SO4). Ils peuvent ensuite être transporté sur des milliers de kilomètres de leur lieu d’émission
avant de retomber sous forme de précipitation (on parle alors de pollution transfrontalière à longue distance)
Ces acides, très solubles dans l’eau, se dissolvent dans les gouttelettes d’eau des nuages, ce qui confère un pH
extrêmement bas aux précipitations : pluie, neige, brouillard.
Document 2 : Effet des pluies acides
Les conséquences des pluies acides sur les sols
sont leur acidification et la perte d’éléments
minéraux nutritifs pour les arbres et la
végétation.
Ces pluies acides endommagent les forêts et
empoisonnent sols, lacs et rivières. Dans un
premier temps, si le pouvoir tampon des eaux qui reçoivent ces pluies est suffisant, les carbonates et les
bicarbonates qu’elles renferment neutralisent l’apport acide sans que leur acidité naturelle ne varie. Mais si les
apports acides sont trop importants ou que leur pouvoir tampon est trop faible, leur acidité peut augmenter
brutalement. Lorsqu’elle est suffisante (pH inférieur à 5), l’acidification des eaux met en solution des sels
d’aluminium contenus dans des silicates, comme les argiles, et dont la solubilité croit rapidement avec l’acidité du
milieu (pour un pH supérieur à 6, l’aluminium n’est pas soluble dans l’eau). Or, très toxiques, ces sels perturbent la
photosynthèse des végétaux (feuilles jaunissant) et la biologie des organismes aquatiques. D'autres métaux
toxiques, comme le cadmium et le plomb, jusque-là bloqués dans les sédiments, sont également libérés. Si l’acidité
augmente encore (pH inférieur à 4), les vertébrés et la plupart des invertébrés et des micro-organismes sont
détruits. Seules quelques algues et quelques bactéries survivent.
Les oiseaux peuvent aussi être contaminés par les poissons qu’ils ingurgitent.
La santé humaine peut également être affecté par les pluies acides, particulièrement les enfants, les personnes
âgées, et les personnes souffrant d’affections respiratoires et cardiaques, car le dioxyde de soufre est irritant pour
les poumons et réduit la résistance aux infections respiratoires.
L’acidité des pluies provoque enfin l’érosion des surfaces métalliques et des pierres (calcaire, marbre), ce qui
provoque de gros dommages sur les bâtiments, les voies de chemin de fer, les vitraux, les sculptures ou les
monuments historiques.
Document 3 : pH effect of its change on aquatic environment
Document 4 : Notion de titrage
En chimie analytique, le dosage est l'action qui consiste à déterminer la quantité de matière ou la concentration
d'une espèce chimique en solution. Le titrage est une technique de dosage permettant de déterminer cette
concentration. La plus utilisée est la volumétrie qui consiste à utiliser une solution de concentration connue (appelée
réactif titrant) afin de réagir avec l’espèce contenue dans la solution inconnue (ou espèce titrée).
L’espèce titrante, placée dans une burette et ajoutée goutte à goutte réagit donc avec l’espèce titrée placée dans un
bécher ou un erlenmeyer de manière totale.
Lorsqu’on atteint les proportions stœchiométriques de la réaction de titrage, une propriété du milieu réactionnel est
modifiée (conductivité, pH, couleur) et permet de déterminer l’équivalence du titrage par mesure du volume ajouté
sur la burette (on ajoute parfois un indicateur coloré afin de rendre visible ce point du titrage).
- Avant l'équivalence, la solution titrante, immédiatement consommée, est limitante. Il y a diminution de
la concentration en ions titrés.
- À l'équivalence, la solution titrante et la solution titrée ont réagi dans les proportions stœchiométriques.
Les deux réactifs sont limitants et entièrement consommés.
- Après l'équivalence, la solution titrée, totalement consommée, devient limitante.
L’équivalence est donc l’instant du changement de réactif limitant.
Document 5 : Dispositif expérimental
Répondre aux questions suivantes :
Q1. Quels sont les principaux gaz responsables de l’acidité des pluies acide ? Quelles sont leurs sources ?
Q2. Ecrire les équations des réactions de formation des acides sulfureux et sulfurique à partir des oxydes de soufre.
Q3. Pourquoi l’eau de pluie est-elle naturellement acide ?
Q4. Une pluie de pH 5,6 peut-elle être qualifiée d’acide au sens chimique du terme ? au sens environnemental ?
Q5. On trouve souvent les effets des pluies acides dans des lieux éloignés de toute industrie. Par ailleurs, les forêts
d’altitude sont souvent plus touchées que celles de plaine. Formuler des hypothèses pour expliquer ces deux
observations.
Q6. En 1979 à Wheeling en Virginie (USA), le pH d’une pluie a été mesuré à 1,5. Quelle est alors la concentration en
ions oxonium H3O+ d’une telle solution ? Quelles précautions faut-il prendre pour la manipuler ? Choisir le ou les
pictogramme(s) convenant à son étiquetage :
Q7. Quelles sont les 4 principales conséquences des pluies acides ?
Q8. Quelles espèces aquatiques survivraient dans une eau dont la concentration en ions oxonium serait :
Q9. Qu’appelle-t-on pouvoir tampon d’une eau de lac ? Quels en sont les ions responsables ?
Q10. Compléter le schéma du dispositif de titrage.
Le dioxyde de soufre est dissous et oxydé dans l’atmosphère et conduit à la formation d’acide sulfureux et sulfurique
qui acidifie les pluies. Il est donc nécessaire d’en identifier les origines, d’en mesurer la teneur dans les pluies et
d’évaluer les conséquences de cette pollution afin de limiter les effets sur l’environnement
On prépare une solution de dioxyde de soufre ou acide sulfureux au laboratoire en
réalisant la combustion d’une masse m (S) = …………… g de soufre solide S (s) dans une
bouteille remplie de dioxygène pur et d’un fond d’eau distillée. Le soufre réagit alors
totalement avec le dioxygène O2 (g) en brûlant avec une belle flamme bleue pour former
du dioxyde de soufre SO2 (g) ainsi que du trioxyde de soufre SO3 (s).
Q11. On remarque l’apparition de fumées blanches. A quoi correspondent-elles ?
Q12. Comment met-on en évidence la grande solubilité du dioxyde de soufre dans l’eau ?
Q13. La formule de Lewis ainsi que la géométrie du dioxyde de soufre est données cicontre. Justifier sa bonne solubilité avec l’eau.
Après agitation, on verse la solution dans une fiole jaugée de 500 mL et l’on complète au trait
de jauge avec de l’eau distillée (solution (S1)).
E14. Verser dans deux tubes à essais un volume V  2 mL de solution (S1) d’acide sulfureux (environ 2 cm de
hauteur).
E15. Dans l’un des tubes, ajouter quelques gouttes de solution de permanganate de potassium (K+ (aq), MnO4- (aq)) à
la concentration c2 = 5,0 × 10-3 mol.L-1 (S2). Dans l’autre, ajouter directement environ 5 mL de solution (S2).
Q16. Sachant que ce sont les ions permanganate MnO4- (aq) qui sont responsables de la coloration violette de la
solution (S2), ont-ils réagit avec l’acide sulfureux dans tube à essais n°1 ?
Q17. Dans le tube à essais n°2, les ions permanganates ont-ils été introduits en excès ou en défaut ?
Q18. Dresser une liste du matériel nécessaire et proposer un protocole afin de réaliser le titrage précis d’une prise
d’essai V1 = 10,0 mL de (S1).
E19. Après validation par le professeur, réaliser le titrage et déterminer le volume à l’équivalence du titrage.
Q20. Comment repère-t-on expérimentalement cette équivalence ?
Q21. Ecrire les demi-équations électroniques des couples oxydant / réducteur intervenant au cours de cette
transformation.
On donne les couples oxydant / réducteur suivants : MnO4- / Mn2+ ; SO42- / H2SO3
En déduire l’équation de la réaction de titrage.
Q22. A l’équivalence du titrage, montrer que la relation entre les quantités de matière des réactifs peut s’écrire :
Q23. En déduire la concentration de la solution (S1) en acide sulfureux.
Q24. Comparer la quantité de matière de soufre contenue dans les 500 mL de la fiole contenant (S1) à celle contenue
dans le soufre solide ayant servi à sa préparation. Discuter l’écart constaté.

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