Un pas vers le bac : Les pluies acides

Compréhension du texte

1) Concentration des ions oxonium dans l'eau de pluie "normale"

[H3O+] = 10-pH = 10-5,7 = 2.10-6 mol.L-1

2) L'acidité naturelle vient de la dissolution du dioxyde de carbone dans l'eau : l'ensemble (CO2, H2O) est l'acide conjugué de la base HCO3- (ion hydrogénocarbonate) :

(CO2 + H2O) + H2O = HCO3- + H3O+

3) Puisque la concentration des ions oxonium est 50 fois plus grande dans les plus acides scandinaves, c'est que [H3O+] = 50*2.10-6 = 1.10-4 mol.L-1

Et pH = - log [H3O+] = 4

4)

5) La réaction entre le dioxyde de soufre et l'eau donne des ions hydrogénosulfite :

Donc SO2 + H2O = HSO3- + H+

Mais un proton n'existe pas seul en solution ; associés aux molécules d'eau, ils forment les ions oxonium. Donc, comme pour le dioxyde de carbone précédent :

(SO2 + H2O) + H2O = HSO3- + H3O+

Le couple acido-basique est le couple (SO2 + H2O) / HSO3- et la constante d'acidité associée est donnée par les tables, à 25°C : KA = 1,3.10-2

Étude de cas

1a) La concentration du dioxyde de soufre apporté dans l'eau de pluie est :

 

1b) La concentration molaire finale en ions oxonium est donnée par la constante d'équilibre et la quantité initiale de SO2:

Si on suppose qu'il n'y a pas d'autres origines pour la présence de HSO3- dans l'atmosphère, leur concentration est égale à celle des ions oxonium.
D'autre part :                [SO2]éq = [SO2]i - [H3O+] = c - [H3O+]

Donc :      =>       [H3O+]2 + KA. [H3O+] - KA.c = 0

La seule solution positive de l'équation [H3O+]2 + 1,3.10-2. [H3O+] - 1,7.10-7 = 0 est :
[H3O+] = 1,4.10-5 mol.L-1

NB : On ne peut pas considérer que la réaction du dioxyde de soufre avec l'eau est très limitée (KA » 10-2 >> 10-4). Si c'était le cas, on pourrait écrire :

Et :

Et le pH de ces eaux de pluie est donc pH = 4,85

2) La réaction d'élimination du dioxyde de soufre par le carbonate de calcium étant totale, à l'équilibre de la réaction, on aura consommé autant de l'un que de l'autre, selon le tableau d'avancement :

 

         2CaCO3            +        2 SO2                  +     O2    = 2CaSO4 + 2 CO2

initial

n(CaCO3)

n(SO2)

 

 

 

en cours

n(CaCO3) - x

n(SO2) - x

 

 

 

final

n(CaCO3) - xéq = 0

n(SO2) - xéq = 0

 

 

 

=> A l'équilibre (état final)        :           n(CaCO3) = n(SO2)

Donc :
m(CaCO3) = n(CaCO3).M(CaCO3) = n(SO2).M(CaCO3)
m(CaCO3) = (5.104 / 64,1)*(40,1+12,0+3*16,0) = 78 kg

NB : je ne comprends pas le sens des 90 % de rendement !

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