La pollution par les nitrates.
bac S Amérique du Nord 2017.

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Les ions nitrate ( NO3-) sont présents naturellement dans les eaux souterraines et superficielles en faibles quantités, généralement inférieures à 1 mg.L–1. Ils participent à l’équilibre de l’écosystème en intervenant notamment dans le développement de certaines plantes et microorganismes.
Cependant, leur utilisation massive comme engrais dans les cultures et leur rejet par les élevages entrainent aujourd’hui une forte augmentation de leur concentration dans les nappes phréatiques et les cours d’eau environnants. Les ions nitrate contenus dans le sol constituent désormais la cause majeure de pollution des grands réservoirs d’eaux souterraines du globe terrestre.
Les dangers sont réels pour l’environnement et la santé. L’Organisation Mondiale de la Santé préconise, pour une personne, de ne pas consommer plus de 3,65 mg d’ions nitrate par kilogramme de masse corporelle et par jour. La législation française impose donc une teneur inférieure à 50 mg.L–1 dans les eaux de consommation.
Les eaux présentant un taux d’ions nitrate supérieur à la norme nécessitent donc un traitement spécifique pour pouvoir être consommées. Pour lutter contre cette pollution, on utilise des bactéries dénitrifiantes ou des résines échangeuses d’ions (REC).
La résine échangeuse d’ions utilisée comporte des petites billes poreuses, de diamètre 0,6 mm, saturées en ions échangeables (soit des ions chlorure, soit des ions hydrogénocarbonate). Au contact de cette résine, les ions nitrate présents dans une eau polluée vont s’échanger avec les ions chlorure et prendre leur place sur la résine, ce qui permet d’éliminer la majeure partie des
ions nitrate dans l’eau en les remplaçant par des ions chlorure.
L’objectif de l’étude est de vérifier si le traitement, par une résine échangeuse d’ions d’une eau polluée par les nitrates a permis de rendre cette eau potable. Pour cela on met en oeuvre le protocole suivant :
Titrage des ions nitrate présents dans une eau après traitement sur une REC :
Étape 1 :
Introduire un volume VEAU = 50 mL d’eau à analyser dans un erlenmeyer.
Ajouter un volume de 10 mL d’acide sulfurique (2H+(aq) + SO42- aq) pour acidifier le mélange réactionnel.
Ajouter un volume V1 = 100 mL d’une solution aqueuse de sel de Mohr Fe(SO4)2(NH4)2, 6H2O de concentration molaire C1 = 1,00 mmol.L–1 de manière à apporter une quantité de matière initiale d’ions fer (II) ni (Fe2+ ) en excès.
Chauffer le mélange au bain-marie pendant 45 min ; ce qui permet de rendre totale la transformation des ions nitrate de l’eau en monoxyde d’azote (g).
On refroidit le mélange.
Étape 2 :
On introduit dans une burette une solution aqueuse de permanganate de potassium (K+aq+ MnO4- aq) de concentration molaire C2 = 3,0 × 10-4 mol.L–1.
On titre les ions fer (II) restant, nrestant( ) dans l’erlenmeyer en versant la solution de permanganate de potassium.
On repère l’équivalence grâce à un changement de couleur du mélange réactionnel.
On trouve un volume à l’équivalence de VE =11,3 mL pour l’eau analysée.




Questions préliminaires:
1- Identifier la réaction chimique mise en oeuvre lors de la première étape du protocole. Justifier.
Oxydation des ions fer (II) en ion fer (III) par les ions nitrate en milieu acide.
Couples oxydant /réducteur : Fe3+ / Fe2+ ; NO3- / NO(g).
3Fe2+aq + NO3- aq+4H+aq = NO(g) +3Fe3+aq +2H2O(l)..
2- Préciser les ions majoritairement présents dans l’erlenmeyer lors de cette première étape :
- avant l’ajout de la solution aqueuse de sel de Mohr ;
NO3- aq ; (2H+(aq) + SO42- aq) ; chlorure ( après passage sur la résine échangeuse d'ions).
- au bout des 45 min de chauffage au bain-marie.
Fe3+aq ; (2H+(aq) + SO42- aq), Fe2+aq ( en excès ); NH4+aq ( apportés par le sel de Mohr ); chlorure.
3- À partir des demi-équations électroniques, vérifier l’équation de la réaction chimique correspondant à la deuxième étape du protocole. Schématiser et légender le montage utilisé dans cette étape.
5 Fe2+aq =5 Fe3+aq + 5e-. 
MnO4- aq+ 8H+ aq+5e- =Mn2+ aq+ 4H2O(l).
MnO4- aq+ 8H+ aq+5 Fe2+aq =Mn2+ aq+ 4H2O(l) +5 Fe3+aq.








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Problème
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Peut-on considérer que la technique de dénitratation utilisée est suffisamment efficace pour que l’eau initialement polluée soit considérée comme potable ? Quelle quantité maximale de cette eau un enfant de 35 kg peut-il boire sans conséquences néfastes pour sa santé ?
A l'équivalence : 
n(Fe2+) excès = 5n(MnO4-) = 5C2 VE= 5x3,0 × 10-4 x11,3 10-3 =1,695 10-5 mol.
n(Fe2+) initial =C1 V1 = 1,00 10-3 x0,100 = 1,00 10-4 mol.
n(Fe2+) ayant réagi =1,00 10-4 -1,695 10-5 = 8,305 10-5 mol.
Or :
3Fe2+aq + NO3- aq+4H+aq = NO(g) +3Fe3+aq +2H2O(l).
n(
NO3- aq) = n(Fe2+) ayant réagi  / 3 = 8,305 10-5  / 3 =2,768 10-5  mol dans 50 mL d'eau.
Concentration résiduelle des ions nitrate dans l'eau : 2,768 10-5 / 0,050 = 5,54 10-4 mol/L.
Concentration massique correspondante ( M(
NO3-) = 62 g/mol) :
5,54 10-4 x 62 ~3,4 10-2 g / L ou 34 mg /L.
La législation française impose donc une teneur inférieure à 50 mg.L–1 dans les eaux de consommation.
L'eau est considérée comme potable.
Une personne, de ne pas consommer plus de 3,65 mg d’ions nitrate par kilogramme de masse corporelle et par jour.
3.65 x35 ~128 mg.
128 /34 ~3,8 L.
Cette quantité est bien supérieure à la consommation d'eau journalière. La consommation d'eau n'est pas responsable d'un excès de nitrate.
D'autres aliments, charcuterie, carottes, apportent des nitrates.




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