Corriger le pH d’un Écosystème Aquatique
Comprendre comment Corriger le pH d’un Écosystème Aquatique
Un lac a été pollué par des rejets acides d’une usine voisine. Pour neutraliser l’acidité, des techniciens envisagent d’ajouter de l’hydroxyde de calcium, \(\text{Ca(OH)}_2\), aussi connu sous le nom de chaux éteinte. L’objectif est de ramener le pH du lac à une valeur neutre de 7. Actuellement, le pH du lac est de 4.
Données :
- Volume du lac : \(50,000\) m\(^3\)
- Le pH de 4 correspond à une concentration en ions hydrogène \([H^+]\) de \(10^{-4}\) mol/L.
- L’équation de la réaction entre l’hydroxyde de calcium et l’acide est la suivante:
\[ \text{Ca(OH)}_2 + 2H^+ \rightarrow \text{Ca}^{2+} + 2H_2O \]
- La masse molaire de \(\text{Ca(OH)}_2\) est de \(74\) g/mol.
Questions :
1. Calcul de la quantité nécessaire de \(Ca(OH)_2\):
- Calculez la quantité totale d’ions \(H^+\) dans le lac.
- En utilisant l’équation de la réaction, déterminez la quantité de \(\text{Ca(OH)}_2\) nécessaire pour neutraliser tous les ions \(H^+\).
- Convertissez cette quantité en masse de \(\text{Ca(OH)}_2\).
2. Réflexion supplémentaire :
- Quelles pourraient être les conséquences écologiques de l’ajout de chaux dans le lac ?
- Comment les techniciens pourraient-ils s’assurer que la distribution de \(\text{Ca(OH)}_2\) est homogène dans tout le lac ?
Correction : Corriger le pH d’un Écosystème Aquatique
1. Calcul de la quantité nécessaire de Ca(OH)2
1.1. Calcul de la quantité totale d’ions H+ dans le lac
Pour neutraliser l’acidité, il faut d’abord savoir combien de moles d’ions H+ se trouvent dans tout le lac. Cette quantité se calcule en multipliant la concentration d’ions H+ (en mol/L) par le volume total d’eau (en L).
Formule :
\[n(\mathrm{H^+}) = C(\mathrm{H^+}) \times V\]
Données :
- \(C(\mathrm{H^+}) = 10^{-4}\ \mathrm{mol/L}\)
- \(V = 50\,000\ \mathrm{m^3} = 50\,000 \times 10^3\ \mathrm{L} = 5.0\times 10^7\ \mathrm{L}\)
Calcul :
\[n(\mathrm{H^+}) = 10^{-4}\ \mathrm{mol/L} \times 5.0\times 10^7\ \mathrm{L}\]
\[n(\mathrm{H^+}) = 5.0\times 10^3\ \mathrm{mol}\]
Interprétation :
Il y a donc 5 000 moles d’ions H+ dans le lac.
1.2. Détermination de la quantité de Ca(OH)2 nécessaire
La chaux éteinte neutralise l’acidité selon la réaction :
\[Ca(OH)2 + 2 H+ -> Ca^{2+} + 2 H2O\]
Cela signifie qu’une mole de Ca(OH)2 neutralise deux moles de H+. On divise donc le nombre de moles d’H+ par 2.
Formule :
\[n(\mathrm{Ca(OH)2}) = \frac{n(\mathrm{H^+})}{2}\]
Donnée :
- \(n(\mathrm{H^+}) = 5.0\times 10^3\ \mathrm{mol}\)
Calcul :
\[n(\mathrm{Ca(OH)2}) = \frac{5.0\times 10^3}{2}\] \[n(\mathrm{Ca(OH)2}) = 2.5\times 10^3\ \mathrm{mol}\]
Interprétation :
Il faut 2 500 moles de Ca(OH)2 pour neutraliser tous les ions H+.
1.3. Conversion de la quantité de Ca(OH)2 en masse
Pour obtenir la masse de chaux nécessaire, on utilise la masse molaire (74 g/mol).
Formule :
\[m(\mathrm{Ca(OH)2}) = n(\mathrm{Ca(OH)2}) \times M(\mathrm{Ca(OH)2})\]
Données :
- \(n(\mathrm{Ca(OH)2}) = 2.5\times 10^3\ \mathrm{mol}\)
- \(M(\mathrm{Ca(OH)2}) = 74\ \mathrm{g/mol}\)
Calcul :
\[m(\mathrm{Ca(OH)2}) = 2.5\times 10^3\ \mathrm{mol} \times 74\ \mathrm{g/mol} \] \[m(\mathrm{Ca(OH)2}) = 1.85\times 10^5\ \mathrm{g}\]
Conversion :
\[1.85\times 10^5\ \mathrm{g} = 185\ \mathrm{kg}\]
Conclusion :
Il faudra ajouter 185 kg de Ca(OH)2 pour porter le pH à 7.
2. Réflexions supplémentaires
2.1. Conséquences écologiques possibles de l’ajout de chaux
Ajouter 185 kg de Ca(OH)2 n’est pas sans effet sur l’écosystème :
- Variation brutale du pH : un changement rapide peut stresser ou tuer des poissons et plantes sensibles.
- Turbidité : la chaux peut réagir avec le CO₂ dissous et former du carbonate, rendant l’eau trouble.
- Dureté de l’eau : l’augmentation des ions Ca2+ peut perturber certains organismes.
- Chaîne alimentaire : la disparition d’espèces-clé peut affecter tout le réseau trophique.
2.2. Assurer une distribution homogène de Ca(OH)2
Pour éviter des zones surdosées ou insuffisamment traitées :
Corriger le pH d’un Écosystème Aquatique
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