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Acétaldéhyde et dosage mercure
Bonjour,
Une fois de plus, je requiert votre aide pour un exercice de chimie de terminale concernant le chapitre de spécialisation sur l'eau.
Voici l'énoncé :
Document 1 :
Obtention de l'acétaldéhyde (CH3-CHO) par hydratation de l'acétylène. (procédé Chisso)
La réaction de synthèse est la suivante :
(70°C, P = 0,25x106 Pa)
CH;CH(g) + H2O(l) -> CH3-CHO
La réaction a lieu dans un réacteur vertical ; une solution aqueuse de sels de mercure, de fer et d'acide sulfurique y descend à contre courant de l'acétylène gazeux qui est injecté par le fond.
Document 2 :
Méthode pour doser le mercure contenu dans des échantillons liquides ou solides 1ère étape : Traitement chimique de l'échantillon (acide, KMnO4, K2S2O8) qui permet d'obtenir tout le mercure sous la forme d'ion Hg2+.
2ème étape : Tous les ions Hg2+ contenus dans l'échantillon traité sont réduits en mercure élémentaire par une solution de chlorure stanneux (SnCl2). Le mercure élémentaire (Hg) est entrainé sous forme de vapeur dans la cellule de mesure d'un spectrophotomètre d'absorption atomique. La concentration de l'échantillon est déterminée en comparant l'absorbance de l'échantillon avec une gamme de solutions étalons.
La solution mère a une concentration massique en mercure de 1,000 ± 0,002 g/L de mercure. A partir de cette solution mère, on prépare 500 mL d'une solution intermédiaire de concentration Cm = 1 mg/L qui permettra de réaliser les solutions étalons suivantes.
étalon 1 2 3 4 5 6
Cm (mg/L) 0,3 0,5 1,0 2,0 5,0 10,0
A (l = 253,7 nm) 0,021 0,044 0,087 0,174 0,439 0,875
1. Expliquer pourquoi le mercure ne figure pas dans l'équation bilan du document 1.
2. Expliquez comment le rejet en mer d'un déchet industriel de faible concentration a contaminé les habitants de la baie de Minamata.
On réalise la solution étalon intermédiaire du document 5 avec une fiole jaugée (ΔV = 0,2 mL). Le prélèvement est réalisé avec une pipette graduée (Vmax = 1mL, ΔV = 0,01 mL).
3. Déterminez le volume V"prélèvement" que l'on doit diluer pour obtenir la concentration préconisée pour l'étalon intermédiaire.
4. Lorsque l'on réalise cette dilution, quelle est l'opération qui a la plus grande imprécision ?
5. Donnez l'incertitude Δ C m ∆ de la concentration massique de l'étalon intermédiaire que l'on a préparé. Afin d'évaluer l'impact d'une usine en activité sur son environnement, on procède à l'analyse de 100 mL d'eau de rejet industriel. On règle le spectroscope du document 5 sur la longueur d'onde 253,7 nm et on mesure une absorbance A = 0,35.
6. A quel domaine appartient l'onde électromagnétique utilisée pour faire la mesure? D'autres choix de longueur d'onde sont-ils possibles ? Vous détaillerez vos arguments.
7. Donnez la concentration massique en mercure Cm (g/L) de l'eau analysée. Toutes les étapes qui vous permettent d'obtenir ce résultat doivent figurer sur votre copie.
J'aimerais pouvoir dire que j'ai bien avancé, malheureusement je bloque sur la question 3. que je ne comprends même pas. Voici néanmoins ce que j'ai produit pour les deux premières questions.
1. Les sels de mercure jouent le rôle du catalyseur lors de l'hydratation de
l'acétylène, le mercure n'apparaît donc pas dans son équation bilan.
2. Le rejet en mer d'un déchet industriel de faible concentration a pu contaminer
les habitants de la baie de Minamata par la voie de la chaîne alimentaire :
en supposant que toutes les espèces marines acquéraient la même concentration
de ce polluant dans leur organisme, les espèces carnivores finirent pas en
ingérant une plus grande proportion en mangeant les autres espèces, additionnant
de ce fait les concentrations de ces organismes avec le leurs. L'animal au bout de
cette chaîne alimentaire, l'homme, en assimilant au final la plus forte
concentration. Concentration suffisamment importante pour ce manifester sous les
symptômes décris au document 3.
Pour la question 3. j'ai de grandes difficultés à comprendre même ce que c'est que ce volume "prélèvement" : au dire de l'énoncé, j'aurais pensé qu'il s'agissait de l'étalon intermédiaire, non d'une tierce mesure.
Pouvez-vous m'aidez s'il vous plaît ?
Question 3 : A lire l'énoncé, il s'agirait juste de trouver le volume V de solution mère à 1g/L qu'il faut prélever pour que, en complétant avec de l'eau, on obtienne 500mL de solution fille à 1mg/L .Il s'agit d'effectuer une dilution au millième. Je me demande néanmoins s'il n'y a pas une erreur dans l'énoncé tel qu'il est copié. En effet, je ne vois pas comment, avec une telle solution intermédiaire à 1mg/L obtenir une solution étalon à 10mg/L (étalon n° 6).
A mon avis, la solution intermédiaire doit être une solution à 10mg/L, obtenue en diluant la solution mère au centième et non au millième.
Ainsi, sans dilution on obtient l'étalon 6, avec une dilution d'un facteur 2, l'étalon n° 5, etc...
Mille excuses : j'ai mal recopié le tableau, il ne s'agissait pas de milligramme mais de microgramme, l'énoncé est donc cohérent.
Merci pour votre éclaircissement. Cela donne donc effectivement :
3. V"prélèvement" = C"prélèvement" / (Vm*Cm) = (1.10^-3) / (1*(500.10^-3))
= 2.10^-3 L = 2 mL
Un problème ensuite est que j'ai du mal également avec les incertitudes, si j'essaye la question 4., voici ce que j'obtiens :
4. Incertitude relative prélèvement : (ΔVp*2)/Vp (la capacité maximale de la pipette étant de 1 mL, on se doit de transporter les 2 mL requis en deux voyages, donc doubler l'incertitude)
<=> ((0.01*2)/2)*100 = ((0.02)/2)*100 = 1 %
Incertitude relative fiole jaugée : (ΔVf)/Vf = 0.2/500 = 4.10^-4 = 0.0004 %
L'opération de prélèvement est donc celle présentant la plus grande imprécision.
5. Je suppose que l'incertitude ΔCm de l'étalon intermédiaire est l'addition de celle de la fiole et du prélèvement. Problème étant qu'il s'agit de la concentration et non du volume. Je n'ai pas idée de comment procéder...
S'il est possible d'écrire la concentration massique sous la forme :
L'incertitude relative sur Cm s'écrit :
Cm étant connue, facile d'obtenir l'incertitude absolue ensuite.
D'accord, donc
ΔCm/Cm = ((ΔCm0/Cm0)²+ (0.02/2)² + (0.2/500)²)^1/2
Je suppose que Cm0 se réfère à la concentration mère, problème étant qu'il ne indiqué nul par la valeur de son incertitude ΔCm0. Je ne peux donc pas effectuer le calcul.
Mes excuses ! Je viens de le retrouver, ça nous donne :
ΔCm/Cm = ((2/1000)²+ (0.02/2)² + (0.2/500)²)^1/2
<=> ΔCm = ((2/1000)²+ (0.02/2)² + (0.2/500)²)^1/2 * Cm
<=> ΔCm = ((2/1000)²+ (0.02/2)² + (0.2/500)²)^1/2 * 1
<=> ΔCm = ((2/1000)²+ (0.02/2)² + (0.2/500)²)^1/2 = 0.01 mg/L = 0.00001 g/L
A non il y a des erreurs de conversion, je ne suis plus sur de comment convertir des g/L en mg/mL
Est-ce que 1 g/L donne bien 1 mg/mL ? Et 1 mg/L 0.001 g/L, soit 1000 mg/mL ?
Je pars de l'à-priori que oui et je refais le calcul en utilisant des mg/mL :
ΔCm/Cm = ((0.002/1)²+ (0.02/2)² + (0.2/500)²)^1/2
<=> ΔCm = ((0.002/1)²+ (0.02/2)² + (0.2/500)²)^1/2 * Cm
<=> ΔCm = ((0.002/1)²+ (0.02/2)² + (0.2/500)²)^1/2 * 1000
<=> ΔCm = ((0.002/1)²+ (0.02/2)² + (0.2/500)²)^1/2 = 10.2 mg/mL = 10.2 g/L
Puisque tu raisonnes d'abord avec des incertitudes relatives, tu peux laisser l'unité de ton choix à condition d'utiliser la même pour l'incertitude absolue et pour la mesure. Ton dernier résultat est irréaliste : incertitude absolue beaucoup trop importante.
Oui pardon, j'oubliais que l'incertitude relative n'avait pas d'unité. Je prends donc Cm et ΔCm en mg/L et les autres données en mg/mL :
ΔCm/Cm = ((0.002/1)²+ (0.02/2)² + (0.2/500)²)^1/2
<=> ΔCm = ((0.002/1)²+ (0.02/2)² + (0.2/500)²)^1/2 * Cm
<=> ΔCm = ((0.002/1)²+ (0.02/2)² + (0.2/500)²)^1/2 * 1
<=> ΔCm = ((0.002/1)²+ (0.02/2)² + (0.2/500)²)^1/2 = 0.0102 soit 1.02 %
Est-ce correct ?
Attention à ne pas confondre incertitude absolue et incertitude relative. Comme tu l'avais déjà fait remarquer, la cause principale d'erreur est le prélèvement à la pipette.
On obtient en effet une incertitude relative de 1,02% alors qu'à elle seule, le prélèvement à la pipette provoque une incertitude relative de 1%.
Si Cm=1mg/L, l'incertitude absolue est :
Cm=1,02.10-2.1=1.10-2mg/L
Puisque les incertitudes sont des estimations, on se contente habituellement à les fournir avec un seul chiffre significatif. On présente habituellement le résultat sous la forme :
Cm=(1,00
0,01)mg/L
D'accord, merci.
Sinon je suis désolé, mais je bloque également aux deux dernières questions :
6. A quel domaine appartient l'onde électromagnétique utilisée pour faire la mesure? D'autres choix de longueur d'onde sont-ils possibles ? Vous détaillerez vos arguments.
7. Donnez la concentration massique en mercure Cm (g/L) de l'eau analysée. Toutes les étapes qui vous permettent d'obtenir ce résultat doivent figurer sur votre copie.
Pour le domaine, il s'agit des UV. J'ai aussi un schéma m'indiquant les intensités selon la longueur d'onde : celle déjà mentionné étant la plus forte. J'aurais bien aimé pensé naïvement qu'il suffisait de prendre les autres longueurs de moindre importance, mais je doute que cela aussi simple. La précision "détailler vos réponses" me fait peur : je n'ai aucune idée de comment répondre à cette question, encore moins de justifier.
Pour le 7. je n'y comprends plus rien : ne vient-on pas de trouver Cm ? Que que signifie encore "toutes les étapes" ?
J'ai bien conscience que c'est grave à ce niveau : ne même pas comprendre les énoncés. Malheureusement c'est un problème récurrent chez moi. Pouvez-vous m'aider s'il vous plaît ?
Pour la question 7 : passer de la mesure de A=0,35 à la valeur de Cm n'est pas immédiat ; il faut tracer la courbe d'étalonnage, vérifier qu'il s'agit d'une droite, obtenir l'équation de la droite moyenne et en déduire Cm. Je pense que c'est cela qu'il faut expliquer.
Pour la question 6 : il s'agit bien d'UV mais je n'ai pas le document correspondant et ne peut donc pas vraiment t'aider.
D'accord, donc pour la courbe, puisque la droite passe par l'origine, est suivant les données du tableau, on a l'équation de la droite Cm = (ya - yb) / (xa - xb)
= (0.875 - 0.021) / (10 - 0.3) = 0.854/9.7 = 0.088
La concentration massique de mercure de l'eau analysée Cm est donc de 0,088 μg/L
= 0,088.10^-3 mg/L
Est-ce correct ?
Tu as calculer le coefficient directeur de la droite passant par deux points de mesures, pas la valeur de Cm !
D'autre part, l'énoncé fournit un tableau de mesures, pas seulement deux points de mesures. Il faut donc placer les points expérimentaux dans un repère et vérifier que les points expérimentaux sont quasiment alignés le long d'une droite moyenne passant par l'origine du repère. Cela peut se faire éventuellement avec un tableur. Cela dit, tu as de la chance : les deux points que tu as choisis sont bien sur la droite moyenne. L'ordinateur fournit comme équation de celle-ci :
A=a.Cm avec a=0,0875L/µg : valeur très proche de ce que tu as obtenue.
Ensuite, sachant que pour l'eau : A=0,35, tu en déduit la valeur de Cm pour cette eau.
Remarque : un peu de réflexion aurait permis de réaliser ton erreur. En regardant le tableau de mesures, on constate que la valeur A=0,35 correspond à une valeur de Cm comprise entre celle de l'échantillon 4 et celle de l'échantillon 5. La valeur de Cm est donc comprise entre 2,0 et 5,0µg/L
D'accord, merci beaucoup.
Donc ça nous donne Donc A = 0,0875*Cm
<=> Cm = A/0,0875
<=> Cm = 0,35 / 0,0875 = 4 μg/L = 4.10^-3 mg/L
La concentration massique de mercure de l'eau analysée Cm est donc de 4.10^-3 mg/L
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