Bac Physique-Chimie · Métropole septembre 2025 · Jour 2 · Réf. 25-PYCJ2ME3

Exercice 1 — Les pluies acides

Origine (CO₂/eau, pKA), conséquences (cinétique CaCO₃ + acide) et contrôle de l'air (titrage du SO₂).
9 points · 12 questions · Exercice 1 / 3

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Exercice 1 — Les pluies acides (9 points)

Les pluies acides (SO₂, oxydes d'azote) détériorent bâtiments et statues calcaires. On étudie leur origine, leurs conséquences, et un contrôle de la qualité de l'air.

Données : M(CaCO₃)=100,1 ; M(SO₂)=64,1 g·mol⁻¹ ; R=8,31 J·K⁻¹·mol⁻¹ ; c°=1 mol·L⁻¹.

1. Origine des pluies acides

L'eau de pluie non polluée a pH≈5,6 (dissolution du CO₂). [CO₂]=1,3×10⁻⁵ mol·L⁻¹.

CO₂HCO₃⁻CO₃²⁻6,410,3%pH
Figure 1 — distribution : CO₂ (pH bas), HCO₃⁻ (milieu), CO₃²⁻ (pH haut). Croisements à pKA1=6,4 et pKA2=10,3
Q1. Équation CO₂ dissous + eau ; pourquoi le CO₂ acidifie.
Q2. Vérifier pKA(CO₂/HCO₃⁻) ≈ 6,4 (figure 1).
Q3. Relation [HCO₃⁻]=[H₃O⁺] ; montrer K_A = [H₃O⁺]²/([CO₂]·c°).
Q4. Retrouver pH = 5,6.

Acide nitrique : on dilue 400× la solution commerciale (c₀ = 15,2 mol·L⁻¹) pour préparer 2,00 L de S. pH mesuré = 1,42.

Q5. Verrerie pour préparer 2,00 L de S.
Q6. La mesure du pH est-elle cohérente avec un acide fort ?

2. Conséquences (cinétique)

CaCO₃(s) + 2 H₃O⁺ → CO₂(g) + Ca²⁺ + 3 H₂O (totale). 2,0 g de CaCO₃ + 50 mL HCl dans une fiole (V_gaz = 280 mL, T = 295 K). Gaz parfait : P = n·R·T/V. 3 expériences (concentration, état de division).

P_final≈2,1×10⁴P/2t½≈250 sP(Pa)t(s)
Figure 3 — P_CO₂(t) : plateau ≈ 2,1×10⁴ Pa ; t½ lu à P_final/2
Q7. Montrer n(CO₂)_max = 2,5×10⁻³ mol (exp. 1).
Q8. Estimer n(CO₂) réel (figure 3). Commenter.
Q9. Estimer le temps de demi-réaction (exp. 1).
Q10. Facteur influençant la cinétique (3 expériences).

3. Contrôle de la qualité de l'air

Normes SO₂ :

Objectif de qualité50 µg·m⁻³ (moyenne annuelle)
Valeur limite125 µg·m⁻³ (moyenne journalière)
Seuil d'information300 µg·m⁻³ (moyenne horaire)

On fait barboter 18,5 m³ d'air (7 jours) dans H₂O₂ → solution S_a. Réaction : H₂O₂ + SO₂ + 2 H₂O → 2 H₃O⁺ + SO₄²⁻. On titre H₃O⁺ par la soude (c_b = 1,0×10⁻² mol·L⁻¹) : V_E = 4,0 mL.

Q11. Relation entre n(SO₂) et n(H₃O⁺).
Q12. Les 18,5 m³ respectent-ils les normes ? Commenter.
📖Le contexte (énoncé)
📋 ÉNONCÉ (mot pour mot)
Les pluies acidesPluies acides : pluies de pH < 5,6, dues aux rejets de SO₂ et d'oxydes d'azote, qui dégradent bâtiments et statues calcaires. viennent du SO₂ et des oxydes d'azote. On étudie leur origine (le CO₂), leurs conséquences (dégradation du calcaire) et le contrôle de la qualité de l'air.
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