Sujet 29Eau potable ou non ?50 min
Inde, avril 2014
L’eau
Exercice
5 ptsCalculatrice autorisée
Le paranitrophénol (PNP) est un polluant organique qui se forme lors de la biodégradation de certains pesticides. Une exposition excessive à ce composé peut provoquer une méthémoglobinémie, c’est-à-dire une diminution de la capacité du sang à transporter le dioxygène dans les cellules. C’est la raison pour laquelle il faut surveiller sa présence dans les eaux de boisson.
La valeur maximale de la concentration en PNP d’une eau potable autorisée par la Commission européenne est 0,1 μg · L–1. En revanche, le seuil fixé par l’Agence américaine de protection environnementale EPA (United States Environmental Protection Agency) est 60 μg · L–1, tandis que la valeur tolérée par le Conseil environnemental brésilien est 100 μg · L–1.
À l’occasion d’un stage dans un laboratoire d’analyse chimique aux USA, un groupe d’étudiants français met au point un protocole de dosage spectrophotométrique du PNP et le met en œuvre (document 1) pour étudier la potabilité d’une eau E destinée à la consommation sur le continent américain.
Résolution de problème
L’objectif de cet exercice est de répondre de manière argumentée à la question que se posent les étudiants ingénieurs : l’eau analysée est-elle potable ?
Pour construire et développer votre argumentation, vous mobiliserez vos connaissances en vous aidant des deux documents fournis et des données, et vous répondrez au préalable aux deux questions suivantes :
● Dans les conditions expérimentales mises en œuvre par les étudiants, sous quelle forme se trouve le PNP dans les solutions ? 0,5 pt
● Pourquoi est-il justifié de choisir une radiation visible plutôt qu’une radiation ultraviolette pour les mesures d’absorbance ? 1 pt
La qualité de la rédaction, la structuration de l’argumentation, l’analyse critique des conditions expérimentales, la rigueur des calculs, ainsi que toute initiative prise pour mener à bien la résolution du problème seront valorisées. 3,5 pts
Données (caractéristiques physiques et chimiques du paranitrophénol) :
● formule brute : C6H5NO3 ;
● formule topologique :
● aspect physique à 20 °C : solide cristallin jaune pâle ;
● température d’ébullition : 279 °C ;
● température de fusion : 116 °C ;
● le groupe hydroxyle –OH du paranitrophénol présente un caractère acide : pKa .
Doc. 1Extrait du carnet de laboratoire rédigé par les étudiants
On procède tout d’abord à une évaporation de l’eau E de manière à accroître fortement la concentration du PNP. La solution S ainsi obtenue est cent fois plus concentrée que la solution E.
À partir d’une solution aqueuse S0 de paranitrophénol de concentration C0 = 100 mg · L–1, on prépare cinq solutions filles Si de volume V = 100,0 mL en prélevant un volume Vi de solution S0 complété à 100,0 mL par une solution tampon de pH = 10,4.
On règle le spectrophotomètre sur la longueur d’onde λ = 400 nm. On « effectue le blanc » de telle manière que l’absorbance soit nulle avec la solution tampon de pH = 10,4.
On mesure l’absorbance des différentes solutions Si préparées.
Les résultats des mesures sont regroupés dans le tableau suivant :
Solution | S1 | S2 | S3 | S4 | S5 |
Vi (mL) | 1,0 | 2,0 | 3,0 | 5,0 | 7,5 |
A | 0,128 | 0,255 | 0,386 | 0,637 | 0,955 |
On mélange 50,0 mL de solution S avec 50,0 mL de solution tampon de pH = 10,4 puis on mesure l’absorbance de la solution S’ ainsi obtenue.
On obtient une absorbance A′ = 0,570 ± 0,010.
Doc. 2Spectres d’absorption de solutions aqueuses de PNP en milieu acide et en milieu basique
Spectre 1 : solution aqueuse de paranitrophénol de concentration molaire 2,0 × 10–5 mol · L–1 en milieu acide (pH = 5).
Spectre 2 : solution aqueuse de paranitrophénol de concentration molaire 2,0 × 10–5 mol · L–1 en milieu basique (pH = 10).
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