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Lycée Alcide d’Orbigny - Tale S spécialité - M. Pichegru
www.pichegru.net
Année scolaire 2014
Évaluation N°2 - Chapitre 2 - 1 heure
Gouttières en zinc et pluies acides
Document 1 : acidité naturelle de l’eau de pluie
Le pH d'une eau de pluie « propre » est compris entre 5,0 et 5,6. Cette
acidité naturelle est due pour l'essentiel au dioxyde de carbone dissous,
noté CO2,H2O(aq). Il forme, avec l'ion hydrogénocarbonate, le couple
acido-basique CO2,H2O(aq) / HCO3–(aq). L'ion hydrogénocarbonate forme,
avec l'ion carbonate, le couple HCO3–(aq) / CO32–(aq).
La concentration [CO2,H2O] dans l'eau de pluie est environ égale à
1,2·10-5 mol·L-1.
Document 2 : Origine des pluies acides
Les gaz azotés anthropogéniques sont issus majoritairement de la
combustion des combustibles fossiles. Ce sont des polluants de l'air.
Parmi les composés oxygénés de l'azote, notés NOx, on trouve le
dioxyde d'azote, NO2.
En présence de dioxygène et d'eau, le dioxyde d'azote conduit à l'acide
nitrique. Cette réaction contribue à l'acidification des eaux de pluie : le
pH de ces eaux baisse et peut atteindre 4,0 à 4,5. On parle alors de pluie
acide.
Document 3 : oxydation du zinc
Le zinc est un métal réducteur qui s'oxyde en milieu acide suivant une
réaction mettant en jeu les couples d'oxydoréduction Zn2+(aq) / Zn(s) et
H3O+(aq) / H2(g). L'évolution de l'avancement de cette réaction au cours du
temps est représentée sur le graphe ci-dessous.
À l'instant t = 0, on verse une solution acide, dont la concentration en
ions oxonium est [H3O+] = 0,5 mol·L-1, sur de la grenaille de zinc
récemment fabriquée (expérience 1) et sur de la grenaille de zinc de
fabrication ancienne (expérience 2).
Document 5 : Constante d’acidité des couples dérivés du CO2
Pour les couples acide-base des composés carbonés, on peut écrire les
relations suivantes, à 25 °C :
K A1 =
KA 2 =
[HCO3− ] ⋅ [H 3O + ]
= 4,27·10-7
[CO2 , H 2 O]
[CO32 − ] ⋅ [H 3O + ]
= 4,79·10-11
[HCO3− ]
Lorsque le carbonate de zinc précipite dans les gouttières, on peut écrire
l'inégalité suivante : [Zn2+]·[CO32–] ≥ 1,0·10-11
Problème
Expliquer la longévité des gouttières en zinc des toitures en considérant
qu’au voisinage du métal zinc, après réaction avec un acide, [Zn2+] = 0,4
mol·L-l et que le pH des eaux de pluie vaut 5,6.
Expliquer, par un raisonnement qualitatif, pourquoi les pluies plus
acides sont dangereuses pour les gouttières neuves.
Correction
Comment expliquer la longévité des gouttières au contact de l’eau de
pluie légèrement acide, alors que le zinc est oxydé par les acide ?
• L’eau de pluie naturelle est légèrement acide à cause du CO2 qui s’y
dissout (doc 1).
• En milieu aqueux, le zinc ancien se recouvre d’une couche de
carbonate de zinc (doc 4).
• Cette couche le protège de la corrosion par les acides (doc 3).
• La couche de carbonate de zinc ne se forme que dans certaines
conditions ([Zn2+]·[CO32–] ≥ 1,0·10-11 , doc 5).
x (mmol)
7
6
5
Expérience 1
4
3
• Problématique : Ces conditions sont-elle réunies en présence d’au de
pluie normale ?
On sait que [Zn2+] = 0,4 mol·L-1, que vaut [CO32–] ?
[CO 2 , H 2 O] ⋅ K A1 1,2 ⋅10 −5 × 4,27 ⋅10 −7
[HCO 3− ] =
=
= 2,04·10-6
[H 3 O + ]
10 −5,6
mol·L-1
Donc :
[CO 32 − ] =
2
1
Expérience 2
50
100
150
200
t (min)
Document 4 : Gouttières en zinc
Les pluies s'écoulant des toits sont en général recueillies par des
gouttières en zinc.
En milieu humide, le zinc ancien est recouvert d'une mince couche de
carbonate de zinc qui lui donne un aspect patiné.
[HCO 3− ] ⋅ K A 2
=
2,04 ⋅10 −6 × 4,79 ⋅10 −11
= 3,89·10-11 mol·L-1
[H 3 O ]
10 −5,6
On obtient donc [Zn2+]·[CO32–] = 1,56·10-11 > 1,0·10-11, il y a donc bien
formation de carbonate de zinc, la gouttière est protégée.
+
• Les gouttières neuves ne sont pas protégées par le couche de carbonate
de zinc.
Si le pH diminue, la concentration en CO32– diminue également. Le
produit [Zn2+]·[CO32–] pourra être inférieur à 10-11 et dans ce cas le
carbonate de zinc ne se forme pas. La gouttière ne sera pas protégée et
sera donc attaquée par l’acidité de la pluie.
Protection par la couche de carbonate de zinc (raisonnement qualitatif) :
4 pts
Raisonnement quantitatif : 4 pts
Risque en cas d’augmentation de l’acidité de la pluie : 4 pts
-1-