Comme un poisson dans l'eau chimie exo complet

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2006/09 National EXERCICE I. COMME UN POISSON DANS L'EAU (6,5 points)

L'aquariophilie est une passion qui touche de plus en plus d'amateurs mais aussi de néophytes. De nombreux facteurs peuvent contribuer à un déséquilibre dangereux pour la vie et la santé des poissons. Il est donc nécessaire de contrôler régulièrement la qualité de l'eau.
Le pH de l'eau est la première grandeur qu'il fautmesurer, au moins une fois par semaine, et ajuster éventuellement. En effet, certains poissons ne peuvent évoluer que dans un milieu acide (c'est le cas des poissons d'Amazonie comme les Néons ou les Tétras), d'autres dans un milieu basique (c'est le cas des poissons d'Amérique Centrale comme les Platy et les Molly). Aucun de ces poissons ne tolère une trop forte teneur en ions ammonium (NH4+) ouen ions nitrite (NO2-) : le cycle de l'azote doit donc être surveillé en évitant soigneusement la surpopulation de l'aquarium et l'excès de nourriture.
D'après "Poissons et aquariums" - Édition Larousse

L'exercice suivant est destiné à préciser certains points de ce texte. On étudie d'abord un produit commercial utilisé pour diminuer le pH de l'eau de l'aquarium ; on s'intéresse ensuite à laformation des ions ammonium.

Les parties 1. et 2. sont indépendantes.

- Certaines aides au calcul peuvent comporter des résultats ne correspondant pas au calcul à effectuer.
- Le logarithme décimal est noté lg.

1. Étude d'une solution commerciale destinée à diminuer le pH de l'aquarium

Sur l'étiquette du produit on peut lire que la solution commerciale S0 est constituée d'acidechlorhydrique (H3O+ + Cl – (aq)) mais aucune concentration n'est indiquée. La transformation conduisant à l'acide chlorhydrique étant totale, la concentration c0 de la solution commerciale est égale à la concentration en ions H3O+. On cherche à déterminer cette concentration en faisant un titrage pH-métrique. Pour cela on dilue 50 fois la solution commerciale et on procède au titrage d'un volume VA =20,0 mL de la solution diluée SA à l'aide d'une solution d'hydroxyde de sodium SB (Na+(aq) + HO – (aq)) de concentration molaire en soluté apporté cB = 4,0 ( 10 –2 mol.L–1. On obtient la courbe de la figure 1. On a également fait apparaître la courbe représentant la dérivée du pH en fonction du volume de soude versé.

Aide au calcul :

lg 8 [pic]0,9 lg 5 [pic] 0,7
106,4 = 2,5 ( 10 6 10–6,4 [pic] 4,0 ( 10 – 7

1.1. Écrire l'équation de la réaction support du titrage.

1.2. Équivalence
1.2.1. Définir l'équivalence.
1.2.2. En déduire la valeur de la concentration des ions oxonium dans la solution diluée SA.
1.2.3. Montrer que dans la solution commerciale, la concentration des ions oxonium [H3O+] est voisine de 2,5 mol.L–1 . Cette valeur sera utilisée pour la suite del'exercice.

1.3. On désire diminuer le pH de l'eau de l'aquarium et l'amener à une valeur proche de 6 alors qu'il était initialement égal à 7. Sur le mode d'emploi du fabricant on peut lire qu'il faut verser, en une fois, 20 mL de la solution commerciale dans 100 L d'eau. Pour simplifier le calcul, on considérera que le volume final reste égal à 100 L.
Quelle serait la valeur du pH final de l'eaude l'aquarium s'il n'y avait qu'une simple dilution des ions H3O+ ?

1.4. L'eau étant toujours plus ou moins calcaire, elle contient des ions hydrogénocarbonate
(HCO3-(aq)) dont il faut tenir compte. Les ions H3O+ introduits vont, en effet, réagir avec ces ions.
L'équation associée à la réaction considérée est la suivante :

HCO3– (aq) + H3O+ = CO2 (aq) + 2 H2O ([pic]) ( réaction 1 )1.4.1. Donner l'expression de la constante d'équilibre K1 associée à l'équation de la réaction 1 en fonction des concentrations des différentes espèces chimiques présentes.
1.4.2. Exprimer cette constante d'équilibre en fonction de la constante d'acidité KA du couple :
CO2(aq), H2O / HCO3– (aq).
Déterminer sa valeur numérique.
Donnée : KA = 10–6,4

1.5. L'eau utilisée pour...
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