TSS-01 TP1 Salinité d`une eau de mer

TS spé
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14 septembre 2016
TP 1.1 : Salinité d’une eau de mer
Les chercheurs australiens du Commonwealth Scientific and Industrial
Research Organisation (CSIRO) ont mis en évidence une amplification
du cycle de l’eau à travers l’étude de la salinité des océans.
I. lien entre concentration et conductivité
Question
Le cycle de l’eau est actionné par l’évaporation de l’eau de mer qui
précipite ensuite sous forme de pluie, de neige, de grêle, etc., soit
directement au-dessus des océans, soit sur les terres. L’eau douce
ruisselle alors pour retourner plus ou moins rapidement jusqu’aux
océans. Par conséquent, le cycle d’eau provoque une hausse de la
salinité dans les zones d’évaporation (concentration des sels) tandis que
l’accroissement des apports en eau douce la réduit dans les zones de
fortes précipitations. Ce phénomène est à l’origine des différences de
salinité entre les différentes mers et océans. (...)
Comment établir expérimentalement le lien entre la conductivité d’une
solution de chlorure de sodium et sa concentration ?
En mesurant la conductivité de plusieurs solutions de chlorure de
sodium, de concentration connue, et en traçant le graphique σ = f (c).
Travail demandé
Proposer un protocole (sans trop rentrer dans les détails) expérimental
pour ce faire.
La salinité des océans pourrait donc être un outil de validation des
modèles sur le changement climatique et lever des incertitudes sur le
cycle de l’eau, passé et futur.
• Réaliser des solutions filles de concentration connue à partir de la
solution mère.
Problématique
Comment déterminer la salinité d’une eau de mer ?
• Tracer le graphique σ = f (c).
• Mesurer la conductivité de ces solutions.
Réaliser ce protocole, tracer le graphique et conclure.
Conductivité d’une solution de Na+ + Cl– en fonction de sa
concentration
Document 1 : Conductivité
Une solution ionique, aussi appelée électrolyte, est conductrice de
l’électricité. La présence d’ions, chargés électriquement, assure le
caractère conducteur de la solution. La mesure conductimétrique est une
méthode d’électroanalyse qui permet de mesurer les propriétés
conductrices d'une telle solution.
1,6
y = 1,3936x
R2 = 0,9973
1,4
1,2
On appelle σ (sigma) la conductivité de la solution. Cette grandeur est
caractéristique de la solution. Elle dépend :
• de la concentration des ions ;
• de la nature de la solution ionique ;
• de la température de la solution.
Un conductimètre, préalablement étalonné, permet
directement la valeur de la conductivité σ de la solution.
-1
σ (mS·cm )
1
0,8
d'afficher
0,6
0,4
Matériel disponible
0,2
• Solution de chlorure de sodium de référence, appelée SR de
concentration c = 1,0·10-2 mol·L-1.
-2
-1
c (×10 mol·L )
0
0
• De l’eau de mer ;
0,2
0,4
0,6
0,8
1
La relation entre σ et c est une relation de proportionnalité.
• Conductimètre ;
• Et tout le matériel de chimie courant dont vous aurez besoin.
II. Détermination de la salinté de l’eau de
mer
Conseils et explications
On supposera que l’eau de mer est une solution contenant uniquement
des ions chlorure et des ions sodium. En réalité ce n’est pas tout à fait
vrai, mais les autres ions présents (principalement les ions sulfate SO42–,
magnésium (Mg2+) et calcium (Ca2+) sont en quantité suffisamment
faible pour ne pas remettre en cause les résultats obtenus dans ce TP. La
salinité d’une eau de mer est généralement comprise entre 30 et 40 g·L-1
de chlorure de sodium.
Question
Est-il possible de se servir de ce graphique pour déterminer directement
la concentration de l’eau de mer ? Justifier et proposer une solution.
La concentration attendue de l’eau de mer est de 30 à 40 g·L-1, soit
entre 0,5 et 0,7 mol·L-1 environ. Pour être sûr d’obtenir une solution
d’eau de mer de concentration inférieure ou égale à 1,0·10-2 mol·L-1,
il faudrait la diluer 70 fois. Mais comme une dilution d’un facteur
70 n’est pas pratique, pour des raisons de verrerie disponible, nous
allons la diluer d’un facteur 100.
Un conductimètre ne peut pas mesurer une conductivité trop élevée.
Dans le cas d’une solution de chlorure de sodium, on se limitera à une
concentration de c = 1,0·10-2 mol·L-1.
M(Cl) = 35,5 g·mol-1 ; M(Na) = 23,0 g·mol-1.
Travail demandé
Déterminer expérimentalement la salinité de l’eau de mer fournie.
Conductivité de l’eau de mer diluée 100 fois : ___________________
Concentration molaire de cette eau de mer diluée :_______________
Salinité de l’eau de mer : ____________________________________
Validation des résultats
Cette salinité est-elle cohérente avec les indications données ?
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1