Dissolution des espèces : les pluies acides

Correction du DM no 1 – Spé 2013
Eaux
Activité no2 p. 13 – Dissolution des espèces : les pluies acides
1. Oxydation de sulfure d’hydrogène H2 S en dioxyde de
soufre SO2 :
H2 S + 2 H2 O = SO2 + 6 H+ + 6 e−
Il s’agit bien d’une oxydation (demi-équation d’oxydoréduction de la forme Réd = Ox + ne− , écrite dans
le sens de l’oxydation du réducteur, ici le sulfure d’hydrogène H2 S). Il se trouve qu’en phase gazeuse, on
peut directement écrire une réaction entre le sulfure
d’hydrogène H2 S(g) et le dioxygène O2 (g) de l’air :
H2 S + O2 → SO2 + H2
On peut obtenir l’équation précédente à partir des
demi-équations en utilisant les couples (H+ / H2 ) et
(O2 / H2 O) :
2 H+ + 2 e−
O2 + 4 H+ + 4 e−
H2 S + 2 H2 O
H2 S + O2
=
=
=
→
H2
2 H2 O
SO2 + 6 H+ + 6 e−
SO2 + H2
Pretty funny, isn’t it ? En fait, aucune de ces équations n’était exigible, l’oxydoréduction en phase gazeuse étant hors programme, l’énoncé ne voulait que
les réactions acido-basiques sur l’eau. Mais continuons
néanmoins !
Oxydation du sulfure de diméthyle (CH3 )2 S en dioxyde de soufre SO2 :
(CH3 )2 S + O2 → SO2 + C2 H6
Oxydation du sulfure de carbonyle SCO en dioxyde
de soufre SO2 :
SCO + O2 → SO2 + CO
Oxydation du disulfure de carbone CS2 en dioxyde de
soufre SO2 :
CS2 + 2 O2 → 2 SO2 + C
Dans ces trois dernières équations, le second réactif
subira immédiatement une seconde oxydation :
C2 H6 +
CO +
7
2 O2
1
2 O2
→ 2 CO2 + 3 H2 O
→ CO2
C + O2 → CO2
Pour en terminer avec l’oxydoréduction, le texte mentionne que le dioxyde de soufre SO2 peut être luimême oxydé en trioxyde de soufre SO3 :
SO2 +
1
O → SO3
2 2
Le texte parle aussi de la dissolution du trioxyde de
soufre SO3 dans l’eau, pour former l’acide sulfurique
H2 SO4 :
SO3 + H2 O → H2 SO4
Passons maintenant à la question posée. L’acide sulfureux H2 SO3 réagit avec l’eau pour former les ions
hydrogénosulfite HSO−
3 :
+
H2 SO3 = HSO−
3 + H
+
+
H2 O + H = H3 O
+
H2 SO3 + H2 O ⇄ HSO−
3 + H3 O
Les ions hydrogénosulfite HSO−
3 réagissent avec l’eau
pour former les ions sulfite SO2−
3 :
2−
HSO−
+ H+
3 = SO3
+
+
H2 O + H = H3 O
2−
HSO−
+ H3 O+
3 + H2 O ⇄ SO3
L’acide sulfurique H2 SO4 réagit avec l’eau pour former les ions hydrogénosulfate HSO−
4 :
+
H2 SO4 = HSO−
4 + H
+
+
H2 O + H = H3 O
+
H2 SO4 + H2 O ⇄ HSO−
4 + H3 O
Les ions hydrogénosulfate HSO−
4 réagissent avec l’eau
pour former les ions sulfate SO2−
4 :
2−
HSO−
+ H+
4 = SO4
+
+
H2 O + H = H3 O
2−
HSO−
+ H3 O+
4 + H2 O ⇄ SO4
2.a.
2. Les émissions anthropiques sont les émissions qui
ont pour origine les activités humaines. Le document 1 indique 160 Mt par an en valeur basse et
240 Mt par an en valeur haute. Calcul des pourcentages :
160
= 0, 64 = 64 %
160 + 80 + 10
240
= 0, 52 = 52 %
240 + 200 + 20
2.b. Les émissions tendent à diminuer, car les rejets
tendent à diminuer, en raison d’une réglementation européenne des rejets. Une des conséquences
est par exemple le fait que de plus en plus de véhicules automobiles sont dotés de pots catalytiques à
oxydation, qui ne traitent pas le problème des rejets de soufre, mais obligent à disposer de moteurs
mieux réglés (injections pilotées par une sonde qui
mesure les rejets en permanence) et à utiliser un
carburant très pauvre en soufre, ce dernier étant
un poison pour les catalyseurs du pot (il diminue
leur efficacité).
3. Ce document présente la formation de pluies acides
par le dioxyde de soufre SO2 , qui se transforme en
acides sulfureux H2 SO3 et sulfurique H2 SO4 . Les
mêmes réactions ont lieu avec les oxydes d’azote, par
exemple le dioxyde d’azote NO2 qui se transforme en
acide nitreux HNO2 et nitrique HNO3 , ou avec le dichlore Cℓ2 qui se transforme en chlorure d’hydrogène
HCℓ et donc en acide chlorhydrique (H3 O+ ; Cℓ− ).
4. Les émissions d’oxyde de soufre SOx et d’oxydes
d’azote NOx ont lieu au niveau des sites industriels
et des grandes villes (triangle Londres-Paris-Bruxelles
par exemple, le nuage de pollution tournant entre les
trois villes). Les oxydes se transforment en acides qui
se dissolvent dans les gouttes d’eau contenues dans
les nuages.
Quand la pluie tombe quelques dizaines, quelques
centaines ou quelques milliers de kilomètres plus loin,
elle est acide, ce qui entraîne l’acidification des sols et
des cours d’eau. Cela pose un problème pour certains
végétaux et animaux, et provoque la disparition de la
faune et de la flore.
Cela pose aussi problème aux bâtiments en calcaire,
par exemple des cathédrales pourtant millénaires sont
rongées par les pluies acides.
Activité no 5 p. 34 – Métaux : polluants ou ressources minérales ?
1. a . Anthropique signifie qui a l’homme et ses activités comme origine. Différentes possibilités de pollution de l’eau :
– rejets industriels de mines ou de fonderies ;
– pollution par les conduites d’eau potable, en
cuivre ou en plomb, avec des soudures en étain
ou en plomb pour les conduites métalliques ;
– pollution par les emballages alimentaires, les ustensiles de cuisine (aluminium), les peintures
(plomb), qui se retrouve dans l’eau ;
– pollution de l’air, principalement due à la circulation automobile (utilisation de carburant au
plomb ou au cadmium), qui passe dans l’eau ;
– pollution par un recyclage incorrect ou un absence de recyclage des batteries, piles, circuits
électroniques, qui se retrouvent lessivés de leurs
métaux lourds.
b. Les chiffres des concentrations massiques maximales peuvent être trouvés dans l’annexe 3 de l’article du 25 janvier 2010, dans l’annexe de l’arrêté
du 20 avril 2005, et dans l’annexe de l’arrêté du
11 janvier 2007, publié le 6 février 2001.
Métaux
Arsenic
Chrome
Cuivre
Zinc
Cadmium
Mercure
Nickel
Plomb
Concentrations maximales
4,2 µg/L
3,4 µg/L
1,4 µg/L
3,1 µg/L
0,08 µg/L
0,05 µg/L
20 µg/L
10 µg/L
2. a . Il s’agit de simples calculs de pourcentages :
Manganèse Mn
Fer Fe
Nickel Ni
Cuivre Cu
Cobalt Co
Titane Ti
Aluminium Aℓ
29,40 %
6,00 %
1,34 %
1,25 %
0,25 %
0,60 %
2,90 %
0,44 Mt
0,090 Mt
0,020 Mt
0,019 Mt
0,0038 Mt
0,0090 Mt
0,044 Mt
b. Voici un extrait d’un texte que l’on peut trouver
sur le site de l’Ifremer :
« L’exploitation des nodules polymétalliques aurait des conséquences directes (destruction de l’habitat sur la zone exploitée) et indirectes (re déposition du panache de sédiments sur une zone
plus large) sur les écosystèmes de la zone. L’ampleur de l’impact serait par ailleurs aggravée par
la vulnérabilité des peuplements benthiques abyssaux aux perturbations, en raison de la rareté de
la majorité des espèces et des faibles taux d’activité biologique liés aux conditions d’oligotrophie
(pauvre en apports nutritifs) du milieu. Les processus de recolonisation, de restauration des peuplements pourraient donc s’étendre sur des années
voire des décennies. »
Source : Les ressources minérales marines profondes, Ifremer 2011.
3. Les éléments métalliques présents dans les eaux font
l’objet d’une grande attention, car ils sont d’une très
grande importance économique. Cependant, leur exploitation représente aussi un grand risque environnemental de polluer des fonds largement inconnus.
Grille DM1 Spé 2013
No 2 p. 13 – Pluies acides
.../10
Oxydation H2 S + O2 → SO2 + H2
Oxydation (CH3 )2 S + O2 → SO2 + C2 H6
Oxydation SCO + O2 → SO2 + CO
Oxydation CS2 + 2 O2 → 2 SO2 + C
Oxydation SO2 + 12 O2 → SO3
Dissolution SO3 + H2 O → H2 SO4
+
Acide-base H2 SO3 + H2 O ⇄ HSO−
3 + H3 O
2−
Acide-base HSO−
+ H3 O+
3 + H2 O ⇄ SO3
−
Acide-base H2 SO4 + H2 O ⇄ HSO4 + H3 O+
2−
Acide-base HSO−
+ H3 O+
4 + H2 O ⇄ SO4
64 % et 52 %
Réglementation plus stricte donc moins de rejets
NO2 en HNO2 ou en HNO3
Cℓ2 en HCℓ donc en (H3 O+ ; Cℓ− )
Explication cycle émissions → dissolution → retombée acide
Disparition faune, flore et bâtiments
No 5 p. 34 – Nodules polymétalliques
.../10
Rejets des mines et des fonderies
Conduites d’eau
Emballages
Déchets non recyclés
Chiffres pour le mercure, le plomb
Chiffres pour le cadmium, l’arsenic
0,44 Mt ; 0,090 Mt ; 0,020 Mt
0,0038 Mt ; 0,0090 Mt ; 0,044 Mt.
Extrait d’un texte de l’ifremer
Intérêt économique et préoccupation environnementale
Note
.../20