Eau douce, Phosphates et Nitrates
Eau douce, Phosphates et Nitrates
| Mise en évidence
Mise en évidence des nitrates dans le phénomène d'eutrophisation
Dans le but de connaître la concentration en ions azotes(ions N2, NH3, NO2, NO3 ; la concentration en nitrates sera légèrement inférieure à celles des ions ammoniacs)dans un échantillon d’eau prélevée dans un mare eutrophisée (mare Sainte-Anne à Bléquencourt, 60110 Senots) nous avons effectué un dosage en retour d’après la méthode Kjeldahl. Tout d’abord nous procédons à la minéralisation. Nous commençons par filtrer l’eau eutrophisée collectée la veille. Nous prélevons un volume Vi =40 mL de cette eau, que nous transvasons dans un ballon. Nous y ajoutons:
-
6g de potassium
-
1g de sulfate de cuivre
-
3 grains de pierre ponce
-
20 mL d’acide sulfurique concentré
Après avoir ajouté ces composants, nous chauffons la solution à l’aide d’un chauffe-ballon, à partir de l’ébullition nous laissons bouillir 40min, la solution refroidit ensuite pendant 10 minutes. Puis avec prudence nous rajoutons 50 mL d’eau distillée.
La deuxième étape consiste à récupérer l’ammoniac. Pour cela nous réalisons un montage de distillation :
Dans le ballon nous mettons la solution obtenue précédemment et complétée à 250mL avec de l’eau distillée, puis nous le plaçons sur le chauffe ballon du montage. Après quelques minutes l’erlenmeyer commence à se remplir , Lorsque que tout l’ammoniac est dans l’erlenmeyer, nous y ajoutons : 10 gouttes de phénolphtaléine ainsi que 20mL d’acide borique à 20g.L-1 afin de créer une réaction acido-basique entre l’ammoniac et l’acide borique qui doit être en excès. Pour finir nous plaçons l’erlenmeyer contenant la solution sous une burette graduée remplie de soude Na++OH- de concentration 0.50mol.L-1. Nous ajoutons 5 gouttes de rouge de méthyle, celui virera au jaune lors du virage de la solution entre 4.2 et 6.2. Nous ouvrons doucement la burette, la solution vire au jaune après l’ajout au goutte à goutte de 0.9mL de soude. C'est l'équivalence.
Notre expérience étape par étape:
Les manipulations sont maintenant terminées, nous passons aux calculs:
Nous connaissons:
-le titre de l'acide borique H3BO3 :20g.L-1
-le volume d’acide borique ajouté : 20mL
-la masse molaire de l’acide borique : 62g.mol-1
-la concentration de la soude NaOH : 0.5mol.L-1
-le volume équivalent de soude : 0.9mL
Rappelons que nous cherchons la concentration de NH3 dans l'échantillon d'eau eutrophisée prélevé. Pour cela il nous faut donc connaître la quantité de NH3 présente, notée ici x.
● Calcul de la concentration d’acide borique ; H3BO3
C= Cm ÷ M
C= 20 ÷ (MB + 3MH + 3MO)
C= 20 ÷ 62
C= 3.2×10-1 mol. L-1
● Nombre de moles d’acide borique dans la solution
n= C × V
n= 3.2×10-1 × 2×10-2
n= 6.4×10-3 mol
● Nombre de moles de soude
n=C×V
n=0.5×0.9×10-3
n=0.45×10-3mol
Tableau d’avancement de la réaction1 entre l’acide borique et l'ammoniac :
|
|
NH3 |
+ |
H3BO3 |
→ |
NH4+ |
+ |
H2BO3- |
|
État initiale |
nNH3 |
|
nH3BO3 |
0 |
|
0 |
|
|
État intermédiaire |
nNH3-x |
nH3BO3-x |
x |
x |
|||
|
État finale |
0 |
ni |
xf |
xf |
Tableau d'avancement de la réaction2 entre l'acide borique et la soude:
|
|
H3BO3 |
+ |
OH- |
→ |
H2O |
+ |
H2BO3- |
|
État initiale |
ni |
|
nOH- |
0 |
|
0 |
|
|
État intermédiaire |
ni-x |
nOH--x |
x |
x |
|||
|
État final |
0 |
0 |
xf |
xf |
D'après le tableau2:
-
nOH--xf=0
-
ni-xf=0
donc nOH-=ni=xf=0,45×10-3mol
D'après le second tableau:
-
nH3BO3-xf=ni
donc xf=nH3BO3-ni
=0,64×10-2-0,45×10-3
=5,95×10-3mol
Nous déduisons donc que la concentration en ammoniac dans l'échantillon d'eau prélevé notée Ce est de:
Ce=xf/V
=5,95×10-3/(40×10-3)
=1,49×10-1mol.L-1
Soit une concentration massique Cm de:
Cm=Ce×MNH3
=1,49×10-1×17
=2,53g.L-1
=2,53×102mg.L-1
La concentration en ammoniac dans l'eau prélevée dans une mare eutrophisée est donc de 2,53×102mg.L-1
La concentration en nitrates est très légèrement plus faible que la concentration en ammoniac. De plus la valeur limite obligatoire définie par la Directive sur la qualité de l'eau potable 98/83/CE est fixée à 50mg/litre (valeur recommandée par l'organisation mondiale de la santé). Nous pouvons donc conclure que la concentration en nitrates de cette rivière eutrophisée est largement supérieure à la norme mondiale. Cela vérifie donc le fait que les nitrates jouent un rôle dans le phénomène d'eutrophisation.