Calcul de la concentration en ammoniac
Comprendre le Calcul de la concentration en ammoniac
Tu es un jeune assistant dans un laboratoire environnemental chargé de vérifier la qualité de l’eau d’une rivière locale. Des récentes analyses montrent une possible contamination par l’ammoniac (NH3), une substance qui peut être toxique pour les poissons et autres formes de vie aquatique. Tu dois déterminer la concentration en ammoniac dans un échantillon d’eau pour savoir si elle dépasse le seuil de sécurité de 0.02 mg/L recommandé par les normes environnementales.
Données fournies:
- Volume de l’échantillon d’eau analysé : 50 mL
- Réactif utilisé : Acide chlorhydrique (HCl), qui réagit avec l’ammoniac selon l’équation chimique :
\[ \text{NH}_3 + \text{HCl} \rightarrow \text{NH}_4\text{Cl} \]
- Volume de HCl nécessaire pour neutraliser tout l’ammoniac dans l’échantillon : 10 mL
- Concentration du HCl utilisé : 0.01 mol/L
Questions:
1. Calcule la quantité de matière de HCl utilisée en moles.
2. Utilise l’équation chimique pour déterminer la quantité de matière d’ammoniac dans l’échantillon.
3. Convertis cette quantité en masse d’ammoniac sachant que la masse molaire de NH3 est 17 g/mol.
4. Détermine si la concentration en ammoniac dépasse le seuil de sécurité de 0.02 mg/L.
Correction : Calcul de la concentration en ammoniac
1. Calcul de la quantité de matière de HCl utilisée
Nous effectuons une titration : cela signifie que nous ajoutons progressivement une solution d’acide (HCl) à l’échantillon contenant de l’ammoniac jusqu’à ce que ce dernier soit complètement neutralisé.
Formule :
\[ n(\mathrm{HCl}) = C_{\mathrm{HCl}} \times V_{\mathrm{HCl}} \]
où :- \(C = \text{concentration en mol/L}\)
- \(V = \text{volume en L}\)
Données :
- \(C_{\mathrm{HCl}} = 0,01\,\mathrm{mol/L}\)
- \(V_{\mathrm{HCl}} = 10\,\mathrm{mL} = 0,010\,\mathrm{L}\)
Calcul
\[ n(\mathrm{HCl}) = 0,01\,\mathrm{mol/L} \times 0,010\,\mathrm{L} \] \[ n(\mathrm{HCl}) = 0,00010\,\mathrm{mol} \]
Interprétation :
Cela signifie que nous avons utilisé 0,00010 mol d’HCl pour neutraliser tout l’ammoniac présent.
2. Détermination de la quantité de matière d’ammoniac (NH₃)
L’équation chimique équilibrée est : NH₃ + HCl → NH₄Cl. Le coefficient 1 devant NH₃ et 1 devant HCl indiquent qu’une mole d’ammoniac réagit avec une mole d’acide. Ainsi, le nombre de moles d’ammoniac est égal à celui de HCl utilisé.
Formule :
\[ n(\mathrm{NH}_3) = n(\mathrm{HCl}) \]
Donnée :
- \(n_{\mathrm{HCl}} = 0,00010\,\mathrm{mol}\)
Calcul
Comme le rapport est 1:1 :
\[ n(\mathrm{NH}_3) = 0,00010\,\mathrm{mol} \]
Interprétation :
Il y avait donc 0,00010 mol d’ammoniac dans l’échantillon initial.
3. Conversion de la quantité de matière d’ammoniac en masse
La masse d’une substance se calcule en multipliant la quantité de matière (en moles) par sa masse molaire \( M \), exprimée en grammes par mole (g/mol). La masse molaire de NH₃ (ammoniac) est 17,0 g/mol.
Formule :
\[ m(\mathrm{NH}_3) = n(\mathrm{NH}_3) \times M_{\mathrm{NH}_3} \]
Données :
- \(n_{\mathrm{NH}_3} = 0,00010\,\mathrm{mol}\)
- \(M_{\mathrm{NH}_3} = 17,0\,\mathrm{g/mol}\)
Calcul
On multiplie :
\[ m(\mathrm{NH}_3) = 0,00010\,\mathrm{mol} \times 17,0\,\mathrm{g/mol} \] \[ m(\mathrm{NH}_3) = 0,00170\,\mathrm{g} \]
Comme 1 g = 1000 mg alors 0,00170 g = 1,70 mg
Interprétation :
Il y avait 1,70 mg d’ammoniac dans 50 mL d’eau.
4. Détermination de la concentration en ammoniac et comparaison au seuil
La concentration en mg/L s’obtient en divisant la masse d’ammoniac (en mg) par le volume de l’échantillon, en litres. C’est une façon standard d’exprimer la quantité de soluté dans un volume d’eau.
Formule :
\[ C(\mathrm{NH}_3) = \frac{m(\mathrm{NH}_3)}{V_{\text{échantillon}}} \]
Données :
- \(m = 1,70\,\mathrm{mg}\)
- \(V = 50\,\mathrm{mL} = 0,050\,\mathrm{L}\)
Calcul
\[ C(\mathrm{NH}_3) = \frac{1,70\,\mathrm{mg}}{0,050\,\mathrm{L}} \] \[ C(\mathrm{NH}_3) = 34,0\,\mathrm{mg/L} \]Interprétation :
Cela signifie qu’il y a 34 mg d’ammoniac pour chaque litre d’eau analysé.
Conclusion :
Le seuil de sécurité recommandé est de 0,02 mg/L. Ici, la concentration mesurée (34,0 mg/L) est plus de 1000 fois supérieure au seuil : l’échantillon d’eau dépasse largement la limite et présente un risque élevé pour la vie aquatique.
Calcul de la concentration en ammoniac
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