DS n° 1-2015 - Site de Physique

DS n°1-Spé Physique -TS
Exercice 1: Avant d’implanter un élevage d’Artémia dans des marais salants du Sud de la France, on se propose
de déterminer la concentration en ions chlorure d’un prélèvement d’eau d’un marais de la zone choisie. Cette eau
contient exclusivement des ions sodium Na +et des ions chlorure Cl-.
Doc1L’Artémia est le nom scientifique d’un petit crustacé qui possède la particularité de pouvoir
vivre dans des milieux très salés tels que certains lacs et marais salants. Pour se
développer les Artémia ont besoin de vivre dans un milieu marin dont la teneur (ou
la concentration massique) moyenne en ions chlorure Cl– est supérieure à 30 g.L-1. Dans ces conditions, leur
développement n’est pas compromis car les prédateurs aquatiques ne supportent pas des conditions salines aussi
élevées.
Doc2Pour déterminer la concentration des ions chlorure Cl-, on utilise l’argentimétrie.
Cette méthode permet de doser les ions chlorure par précipitation avec
argent Ag+.
La réaction de précipitation utilisée Ag+(aq) + Cl–(aq)
AgCl(s) peut être
comme totale. Le chlorure d’argent formé est un solide blanc.
les
ions
considérée
L’indicateur coloré de fin de réaction est préparé en dissolvant quelques grains de dichlorofluorescéine dans un
mélange eau-éthanol (méthode de Fajans). La solution obtenue a une couleur jaune. La présence d’ions sodium
Na+, chlorure Cl– ou nitrate(NO3–) ne modifie pas la couleur de la dichlorofluorescéine. Par contre, en présence
d’ionsAg+, la solution de dichlorofluorescéine prend une couleur rose-rouge.
Doc3En septembre 2003, après un été caniculaire, on a prélevé un échantillon d’eau dans un
marais salant, de la zone prévue pour implanter l’élevage d’Artémia.
On dilue 10 fois cette eau pour obtenir la solution S1 à doser.
On réalise le dosage d’un volume V1 = 10,0 mL de solution S1 par une solution S2 de
nitrate d’argent de concentration C2 = 1,00  10 –1 mol.L-1. Le volume de nitrate d’argent
versé à l’équivalence est : VE = 15,2 mL.
Donnée : masse molaire atomique du chlorure : M(Cl) = 35,5 g.mol-1.
Doc4Les formules ioniques des solutions utilisées sont :
Solution de nitrate d’argent (Ag+(aq)+NO3-(aq))
Solution de chlorure de sodium (Na+(aq)+Cl-(aq))
1. Proposer deux expériences (avec des schémas) permettant d’illustrer le fonctionnement de l’indicateur
coloré, et indiquer les observations réalisées.
2. Décrire le protocole permettant d’obtenir 100 mL de la solution S1 (préciser le nom du matériel utilisé).
3. Faire un schéma annoté du dispositif de titrage permettant de doser le volume V1 de solution S1.
4. Définir l’équivalence.
5. Expliquer comment repérer l’équivalence.
6. Déterminer la concentration molaire des ions chlorure dans la solution S1.
7. En déduire la concentration molaire d’ions chlorure dans l’eau du marais.
8. Cette eau est-elle favorable au développement des Artémia ?
Exercice 2 : Elévation du niveau des océans
Le but de cet exercice est d’évaluer l’évolution du niveau des océans
en lien avec l’augmentation de la température de l’atmosphère
terrestre.
Vue d’artiste de New-York sous les eaux
Fonte des glaces aux pôles et niveau des océans
Au cours des deux derniers millions d’années, le niveau de la mer a varié de façon périodique au gré des
alternances de périodes glaciaires et interglaciaires. Stabilisé depuis les derniers milliers d’années, le niveau moyen
n’a varié que de 0,1 à 0,2 mm au maximum par an.
Au cours du XXème siècle, une augmentation de ce niveau est clairement observée. Cette montée du niveau moyen
est attribuée au réchauffement climatique qui touche la planète à travers deux processus principaux : la dilatation
de l'eau de mer, suite au réchauffement des eaux océaniques, et la fonte des glaces terrestres.
La banquise, qui est de l’eau de mer gelée, flotte sur la mer. Si elle fondait, l'eau de fonte produite occuperait
exactement le même volume d’eau de mer que la partie immergée de la glace occupait.
D'après http://www.cnrs.fr/cw/dossiers/dospoles/alternative13.html
Prévisions pour 2100
D’ici 2100, dans le pire des scénarios, la température moyenne de l’atmosphère terrestre pourrait augmenter de
5,5°C. Par ailleurs, le volume des calottes polaires affecté par la fonte due au réchauffement pourrait atteindre
2,5×1014 m3. L’évolution de la température atmosphérique et la fonte des calottes polaires pourraient entraîner
une hausse du niveau des océans atteignant près d’un mètre.
D’après un rapport du Groupe Intergouvernemental d’Experts du Climat (GIEC), publié en septembre 2013
Données :

masse volumique de l’eau :
ρeau = 1000 kg.m-3

masse volumique de la glace :
ρglace = 900 kg.m-3

L’ensemble des océans est
modélisé par un parallélépipède
de surface S = 5,0×1014 m² et de
hauteur h.
On estime que la hauteur h vaut
actuellement 3,0 km
 graphe représentant l’augmentation relative de volume
V
de l’eau en fonction de la variation de température
V
 dans le domaine de température utile :
Problème :
En faisant l’hypothèse que l’océan s’échauffe uniformément de 5,5°C, calculer alors la hausse du niveau des océans
en distinguant la hausse due à la dilatation thermique des océans et celle due à la fonte partielle des calottes
polaires.
Lister les causes possibles de l’écart par rapport à la valeur annoncée par le GIEC en 2013.
Vous êtes invité à prendre des initiatives et à présenter la démarche suivie, même si elle n’a pas abouti. La
démarche est évaluée et nécessite d’être correctement présentée.
Exercice 3 : Oxydo-reduction en rapport avec l’eau de Javel
L'eau de Javel est une solution liquide oxydante fréquemment utilisée comme désinfectant et comme
décolorant. « Wikipédia ».
1. Qu’est-ce qu’un oxydant ?
2. Ecrire les demi-équations d’oxydoréduction, en milieu acide, relatives aux couples oxydant/réducteur
suivants : ClO-(aq) / Cl2 (g) et Cl2 (g) /Cl-(aq)
3. En déduire l’équation-bilan, en milieu acide, sachant que les ions hypochlorites ClO-(aq) sont formés lors de
cette réaction.