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Chimie n°2 : Traitement d'un effluent industriel
CONTEXTE DU SUJET
De nombreux secteurs industriels tels que l’automobile, la fabrication d’outillages, la réalisation de
circuits imprimés, utilisent une technique de traitement de surface appelée « métallisation par le cuivre »
ou « cuivrage ». Les eaux de rinçage, appelées « effluents », contiennent ainsi souvent des ions cuivre II.
Avant de pouvoir rejeter dans une rivière ces effluents, la concentration massique en ions cuivre II Cu 2+
doit être inférieure à 0,50 g.L-1 (seuil maximum autorisé).
S'il y est nécessaire d'abaisser la concentration en ions cuivre d'une solution, les entreprises procèdent
généralement à un traitement des effluents par électrolyse.
Le but de l’épreuve est de déterminer la concentration massique en ions cuivre II dans un effluent
industriel et d’étudier le procédé de traitement de cet effluent par électrolyse.
DOCUMENT MIS A DISPOSITION DU CANDIDAT :
Document 1 : Absorbance d’une solution contenant une espèce chimique colorée
D’après la loi de Beer-Lambert, l’absorbance A (sans unité) d’une solution contenant une espèce chimique
colorée X et la concentration massique Cm de cette espèce chimique X sont reliées par l’expression
suivante :
A = k . Cm
avec Cm la concentration massique de l’espèce colorée de la solution (en g.L-1) ;
k une constante (en L.g-1).
Document 2 : Spectre UV-visible d'une solution de sulfate de cuivre :
400
500
600
700
800
Élaboration d’un protocole expérimental (20 min conseillées)
On souhaite contrôler la concentration massique en ions cuivre II d’un effluent avant de procéder à son
traitement par électrolyse.
Pour cela, on dispose de deux solutions de concentrations massiques en ions cuivre II respectivement
égales à 5,00 g.L-1 et à 3,50 g.L-1, ainsi que de tout le matériel à votre disposition sur votre paillasse.
Proposer les grandes étapes du protocole expérimental permettant de déterminer la concentration
massique en ions cuivre II dans la solution d’effluent.
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APPEL N°1
Appeler le professeur pour lui présenter le protocole élaboré ou en cas de
difficulté.
Mise en œuvre du protocole expérimental (30 min conseillées)
Réaliser le protocole proposé précédemment et compléter le tableau de la page précédente.
À l'aide du papier millimétré fourni, déterminer la concentration massique en ions cuivre II dans
l’échantillon étiqueté « effluent ».
Concentration massique en
0
ions cuivre II (en g.L-1)
Absorbance de la solution
0
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APPEL
FACULTATIF
Appeler le professeur en cas de difficulté lors de la mise
en œuvre du protocole expérimental.
Traitement de l’effluent par électrolyse (10 min conseillées)
La solution d’effluent testée peut-elle être directement rejetée dans la rivière ? Pourquoi ?
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Le procédé d'électrolyse, met en jeu la réaction chimique suivante :
Cu2+ (aq) + H2O (l)  Cu (s) + O2 (g) + 2 H+ (aq)
Le traitement de l’effluent par électrolyse permet-il de diminuer sa concentration massique en ions cuivre
II ? Pourquoi ?
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Comment pourrait-on s’assurer de la diminution de la concentration massique en ions cuivre II dans
l’effluent ?
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APPEL N°2
Appeler le professeur pour lui présenter les réponses ou en cas de difficulté
Défaire le montage, faire la vaisselle et ranger le matériel avant de quitter la salle.
Liste de matériel ECE effluent
Paillasse élèves :
 Une solution étalon d'ions Cu2+ à 5,00 g .L-1
 Une solution étalon d'ions Cu2+ à 3,50 g .L-1
 Une solution d'effluent à 4,00 g.L-1 en ions Cu2+ étiquetée « effluent »
 2 pipettes jaugées de 5 mL
 2 pipettes jaugées de 10 mL
 2 pipettes jaugées de 25 mL
 Eprouvette graduée de 10mL
 2 fioles jaugées de 50 mL
 2 fioles jaugées de 100 mL
 3 béchers de 50 mL
 3 béchers de 100 mL
 7 cuves à spectrophotométrie
 Un spectrophotomètre réglé
 Une pissette d'eau distillée
 Une poire à pipeter
 Une paire de lunettes
 Une feuille de papier millimétré
 Une burette graduée
 Un marqueur
 Des pipettes compte-gouttes. (5)
Correction :
Les grandes lignes du protocole :
–
Préparation de solutions étalons :
2 solutions sont fournies (3,50 g/L et 5,0g/L) : il faut préparer 2 autres solutions par dilution :
Par exemple :
fiole de 50mL – pipette 25mL – solution 3,50g/L → on obtient 1,75g/L (dilution par 2)
fiole de 50mL – pipette de 25 mL -solution 5,0g/L → on obtient 2,50 g/L (dilution par 2)
fiole de 50mL -pipette de 10mL – solution 5,0g/L → on obtient 1,0 g/L (dilution par 5)
–
On mesure l'absorbance des solutions étalons. Réglages spectro 700nm (max d'absorbance). Ne
pas oublier de faire le blanc avec de l'eau.
On trace absorbance en fonction de la concentration massique. On doit avoir une droite.
On mesure l'absorbance de la solution inconnue : effluent. Avec le graphe on trouve la
concentration massique.
–
–
Résultat : On doit trouver une concentration de 4g/L : conclusion : on ne peut pas rejeter l'effluent
directement en rivière.
Le procédé d'électrolyse permet bien de réduire la concentration en Cu 2+, car l'ion cuivre apparaît comme
réactif dans l'équation de réaction.
Pour s'assurer après électrolyse car la concentration est bien en dessous du seuil autorisé il faudrait
mesurer l'absorbance, et à l'aide de la courbe d'étalonnage vérifier que nous sommes bien en dessous de
0,5g/L cette fois.
Evaluation : TP effluent
Nom-Prénom : ….........................................................................................................................................
Elaboration du protocole (ANALYSER)
A
B
C
D
Mise en œuvre du protocole
(REALISER)
A
B
C
D
Exploitation (VALIDER)
A
B
C
D
Commentaires :
Note :
Nom-Prénom : ….........................................................................................................................................
Elaboration du protocole (ANALYSER)
A
B
C
D
Mise en œuvre du protocole
(REALISER)
A
B
C
D
Exploitation (VALIDER)
A
B
C
D
Commentaires :
Note :
Evaluation : TP effluent
Nom-Prénom : ….........................................................................................................................................
Elaboration du protocole (ANALYSER)
A
B
C
D
Mise en œuvre du protocole
(REALISER)
A
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C
D
Exploitation (VALIDER)
A
B
C
D
Commentaires :
Note :
Nom-Prénom : ….........................................................................................................................................
Elaboration du protocole (ANALYSER)
A
B
C
D
Mise en œuvre du protocole
(REALISER)
A
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C
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Exploitation (VALIDER)
A
B
C
D
Commentaires :
Note :