Aurélie 06/10/12
 

 

   Pluies acides ; dosage du dioxyde de soufre.

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Certains gaz de l'atmosphèe sont capable de se dissoudre dans le  gouttes d'eau des nuages ou des brouillards. Il en résulte que certaines pluies sont acides, dégradant végétaux et constructions. On donne la composition d'un air sec non pollué :
Gazdiazotedioxygèneargondioxyde de carbonenéonhéliumméthanekrypton
FormuleN2O2ArCO2Ne HeCH4Kr
Volume en % ou ppm78,09 %20,5 %0,93 0,03 %18 ppm5,2 ppm1,1 ppm1,1 ppm
Analyse des gaz d'échappement d'une voiture.
GazComposé organique
volatil
COCO2NOxSO2
Moteur essence500 à 2000 ppm0,1 à 6 %10 à 14 %400 à 3000 ppm10 à 60 ppm
Moteur Diesel~1500 ppm2 à 18 %2 à 14 %0 à 500 ppm5 à 60 ppm

On donne la teneur en soufre de quelques combustibles :
Charbonpétrole brutfuel lourdessence et dieselfuel domestiquepropane
1 à 5 %0,5 à 3 %3 %< 10 ppm<0,1 %<0,005 %
M(O2) = 32 g/mol ; M(S) = 32,1 g/mol ; Vm= 24 L/mol à 20°C sous 1 bar.
pKa1(CO2, H2O / HCO3-) = 6,35 ; pKa2( HCO3- / CO32-) = 10,32.
A 20 °C sous 1 bar, 1 L d'eau peutdissoudre 40 L de dioxyde de soufre.
SO2(g) + 3H2O(l) ---> 2H3O+aq + SO32-aq.
Le pH d'une eau de pluie non polluée est proche de 5,5. Proposer une explication.
Le dioxyde de carbone atmosphérique est un peu soluble dans l'eau. Or CO2 aq est un acide faible.
CO2 aq+ H2O(l) =  HCO3-aq + H3O+aq.
Expliquer la présence du dioxyde de soufre dans les gaz d'échappement d'une voiture.
L'essence ou le diesel contiennent jusqu'à 10 ppm de soufre. La combustion de ce dernier dans le moteur conduit au dioxyde de soufre.
S(s) + O2(g) = SO2(g).
Expliquer pourquoi le dioxyde de soufre est à l'origine des pluies acides ?
La combustion du charbon, du fuel lourd et des combustibles des voitures dégage du dioxyde de soufre dans l'atmosphère ; or ce dernier est très soluble dans l'eau ; de plus le dioxyde de soufre est acide.
SO2(g) + 3H2O(l) ---> 2H3O+aq + SO32-aq.




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Dosage du dioxyde de soufre dans une eau polluée.
On réalise la combustion du soufre ( m = 1 g) dans un creuset placé dans un flacon bouché de 1 L contenant du dioxygène. On y ajoute 200 mL  d'eau distillée après combustion complète, on agite le flacon, le dioxyde de soufre se dissout et la solution obtenue est acide ; de plus la solution décolore quelques gouttes de permanganate de potassium  :
2 MnO4-aq + 5 SO2 aq + 2H2O(l) ---> 5 SO42-aq + 2Mn2+aq + 4H+aq.

Volume de la prise V = 10 mL ; concentration de la solution de permanganate de potassium ; C = 0,03 mol/L.
Faire un schéma annoté du dispositif expérimental.

Calculer le volume maximal de solution titrante versé à l'équivalence.
On suppose que tout le dioxyde de soufre s'est dissout dans l'eau et que la réaction du dioxyde de soufre aqueux avec l'eau est très partielle, limitée.
2 MnO4-aq + 5 SO2 aq + 2H2O(l) ---> 5 SO42-aq + 2Mn2+aq + 4H+aq.
Etat du systèmeavancement (mol)2 MnO4-aq+ 5 SO2 aq
initial0C Véq[SO2 aq] V
en coursxC Véq-2x[SO2 aq] V-5x
finxfC Véq-2xf =0[SO2 aq] V-5xf =0
C Véq-2xf =0 ; xfC Véq ; [SO2 aq] V-5xf =0 ; [SO2 aq] = 5xf / V = 2,5C Véq / V ;
 
Véq = [SO2 aq] V / (2,5 C).
S(s) + O2(g) = SO2(g).
n(S) = n(SO2) =1/32,1 = 0,031 ~0,03 mol ;  (nO2) = 1 / 24 =0,04 mol ( en excès).
 
[SO2 aq] = 0,031 / 0,200 =0,155 ~0,16 mol/L.
Véq = [SO2 aq] V / (2,5 C) = 0,155 *10 /(2,5*0,03) =20,6 ~21 mL.
Expérimentalement, on trouve Véq = 14 mL. Justifier.

Environ 30 % du dioxyde de soufre aqueux réagit avec l'eau selon  :
SO2(aq) + 3H2O(l) ---> 2H3O+aq + SO32-aq.
SO32-aq ne réagit pas avec l'ion permanagnate, seul SO2(aq) est oxydé par l'ion MnO4-aq.







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