Du chlore dans le réseau d'eau potable, bac S Métropole 2020.

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La désinfection par chloration.
En solution aqueuse, le chlore peut exister sous forme de dichlore ( Cl2), acide hypochloreux ( HClO), ion hypochlorite ( ClO-) et chloramines.
La législation distingue :
- le chlore libre qui existe sous forme  de dichlore, acide hypochloreux ou ion hypochlorite.
- le chlore combiné qui est sous forme de chloramines par exemple.
L'espèce chimique chlorée désinfectante la plus efficace est l'acide hypochloreux.

Dosage par étalonnage du chlore libre.( colorimétrie à la N,N-diéthylphénylène-1,4-diamine (DPD)).
Le chlore libre réagit avec la DPD pour former une espèce chimique coloré rose. La concentration de cette espèce colorée est égale à celle du chlore libre avant réaction.
Etape 1 : obtention d'une courbe d'étalonnage.
On prépare une solution mère de concentration c0 = 1,0 10-4 mol / L en chlore libre.
On prépare 5 solutions filles en introduisant successivement dans une série de fioles jaugées de 10,0 mL :
un volume V0 de solution mère ; 1,0 mL de solution de DPD en excès par rapport au chlore libre et tamponée à pH = 6,5 ; on complète avec de l'eau distillée.
On réalise le blanc avec une solution avec une solution préparée dans une fiole jaugée de 10,0 mL à partir de 1,0 mL de solution de DPD tamponée et d'eau distillée.
On mesure l'absorbance de chaque solution à la longueur d'onde l = 510 nm.

S1
S2
S3
S4
S5
V0 (mL)
0,50
1,00
1,50
2,00
2,50
A
0,08
0,18
0,25
0,33
0,40

Etape 2. Mesure sur l'échantillon à analyser.
On prépare une solution S dans une fiole jaugée de 10,0 mL en ajoutant 1,0 mL de DPD tamponée et cette eaau à analyser jusqu'au trait de jauge. On mesure l'absorbance à la longueur d'onde de 510 nm de cette solution S.
Données :
pKa du couple HClO / ClO- : 7,5 à 25°C.
Le dichlore ne peut être en solution que pour un pH inférieur à 2,2.
La teneur en chlore libre est définie par la masse en élément chlore par unité de volume.


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Questions préalables.
1. Lors du dosage du chlore libre, sous quelle forme majoritaire se trouve le chlore libre dans la solution aqueuse ?

A pH=6,5, inférieur au pKa du couple HClO / ClO- mais supérieur à 2,2, le chlore libre se touve majoritairement sous forme HClO.
2. Déterminer la concentration molaire en chlore libre dans la solution S3 avant réaction avec la DPD.
Facteur de dilution : 10,0 / 1,50 ~6,67.
Concentration molaire en chlore libre dans la solution S3 avant réaction avec la DPD.
c0 / 6,67 = 1,0 10-4 / 6,67 =1,5 10-5 mol / L.

Problème.
Afin de vérifier la teneur en chlore libre d'un échantillon d'eau prélevé à la sortie d'une usine de traitement, un laboratoire mesure une absorbance égale à 0,15 à l'aide du protocole ci-dessus. La teneur en chlore libre est-elle conforme à la législation ? (teneur minimale en chlore libre 0,3 mg / L ).

S1
S2
S3
S4
S5
Concentration ( (µmol / L)
100 *0,50 / 10
= 5,0
10 *1 /10
=10
15
100*2 /10
=20
100*2,50/10
=25
A
0,08
0,18
0,25
0,33
0,40


Concentration en chlore libre de cette eau :0,14 / 0,0158 ~9,0 µmol / L.
Masse de chlore libre : M(Cl) * 9 10-6 =35,5  x 9 10-6 ~3,2 10-4 g / L = 0,32 mg / L.
Cette valeur étant supérieure à 0,3 mg / L, cette eau est conforme.

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