Exo1-TRAITEMENT DE L'EAU D'UNE PISCINE 4pts
D'après le tableau : n(e?) = 2x et n1(Cl2) = x donc n(e?) = 2 n1(Cl2). 2.2. Cl2(g) +
2 ... À ce pH (8,5) l'espèce prédominante est l'ion hypochlorite ClO?. 3.1.2.
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09/2005 Métropole Calculatrice interdite
EXERCICE I : TRAITEMENT DE L'EAU D'UNE PISCINE (4 points)
CORRECTION © http://labolycee.org
1. Électrolyse d'une solution aqueuse de chlorure de sodium au laboratoire
1.1. Daprès le texte, les espèces chimiques présentes sont les ions Na+(aq) et Cl(aq (solution aqueuse de chlorure de sodium) et leau (H2O, H3O+ et HO). Or il se forme du dichlore et du dihydrogène, les couples mis en jeu sont : H2O / H2(g) et Cl2(g) / Cl(aq) .
1.2. Cl est le réducteur du couple Cl2(g) / Cl(aq), les ions chlorure peuvent être oxydés.
1.3. Une oxydation libère un ou des électrons qui vont être "pompés" par la borne + du générateur. Cette oxydation a donc lieu au niveau de l'électrode B. L'oxydation est modélisée par la demi-équation suivante : 2Cl(aq) = Cl2(g) + 2 e . Il se dégage alors du dichlore.
2. Étude d'un électrolyseur pour piscine
2.1.1.Avancement 2 H2O + 2 Cl(aq) = H2(g) + Cl2(g) + 2 HO(aq)Quantité (en mol) délectrons échangésÉtat initial0excèsn(Cl)i0000État en cours de transformationxexcèsn(Cl)i2xxx2x2xÉtat finalxfexcèsn(Cl)i2xfxfxf2 xf2 xf2.1.2. Daprès le tableau : n(e) = 2x et n1(Cl2) = x donc n(e) = 2 n1(Cl2)
2.2. Cl2(g) + 2 HO(aq) = H2O + Cl(aq) + ClO(aq) (équation 2)
Daprès léquation chimique: n2(Cl2)consommée = n(ClO)formée
2.3. Si la transformation associée à léquation 2 est totale et rapide, tout le dichlore formé est consommé, donc n1(Cl2) = n2(Cl2)consommée .
soit EMBED Equation.DSMT4 = n(ClO)formée.
2.4. Pendant la durée (t, il circule une quantité d'électricité Q = I.(t.
D'autre part la quantité d'électricité est liée au nombre N d'électrons ayant circulé pendant cette durée:
Q = N.e.
Le nombre d'électrons ayant circulé est lié à la quantité de matière d'électrons : n(e) = N / NA où NA est la constante d'Avogadro. Donc N = n(e).NA alors Q = n(e).e.NA.
Il vient Q = n(e).e.NA = I.(t.
Enfin d'après 2.3., n(e) = 2 n(ClO)formée
Finalement 2 n(ClO)formée .e.NA = I.(t.
on a donc n(ClO) = EMBED Equation.3 (t à convertir en s
n(ClO) = EMBED Equation.3 = 0,36 mol
3. Régulation du pH de l'eau de piscine
3.1.1. Traçons un diagramme de prédominance :
À ce pH (8,5) lespèce prédominante est lion hypochlorite ClO.
3.1.2. La constante d'acidité EMBED Equation.3 est égale au quotient de réaction à l'équilibre de la réaction suivante: HClO(aq) + H2O(l) = H3O+(aq) + ClO(aq) donc EMBED Equation.3
soit EMBED Equation.3
alors EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 = 108,57,5 = 10
3.2.1. ClO(aq) + H3O+(aq) = HClO(aq) + H2O (équation 3) K = EMBED Equation.3
On remarque que K = EMBED Equation.3 alors K = EMBED Equation.DSMT4 donc K = 107,5 (calculatrice interdite)
3.2.2.a. Avant lajout dacide chlorhydrique [H3O+]0 = 10pH = EMBED Equation.DSMT4 .
Après l'ajout de n = 0,10 mol d'acide chlorhydrique [H3O+]i = EMBED Equation.3
[H3O+]i = EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 = EMBED Equation.3 = 1,0(106 mol.L-1
3.2.2.b. Qr, i = EMBED Equation.3
D'après 3.1.2. EMBED Equation.3 = 10 donc EMBED Equation.3 = 1,0(101
Qr,i = 1,0(101( EMBED Equation.3 = 1,0(105
3.2.3. Qr, i < K, donc évolution de la réaction dans le sens direct.
3.2.4. Si la réaction évolue dans le sens direct, alors la concentration en ions hypochlorite ClO diminue et celle en acide hypochloreux HClO augmente ; donc le rapport EMBED Equation.3 diminue.
Or EMBED Equation.3 reste constante, donc la concentration en ions oxonium augmente.
Le pH diminue.
pH
pKA3 = 7,5
HClO(aq)
ClO(aq)
