Toxicité du Plomb dans un Lac Industriel
Comprendre la Toxicité du Plomb dans un Lac Industriel
Vous êtes un chimiste environnemental travaillant sur la décontamination d’un lac industriel contaminé principalement par du plomb (Pb).
Des études récentes ont montré que la concentration de plomb dans l’eau du lac dépasse les normes de sécurité pour la faune aquatique et la consommation humaine.
Objectif:
Votre tâche est de déterminer la quantité de phosphate trisodique (Na₃PO₄), un agent chélatant, nécessaire pour précipiter le plomb sous forme de phosphate de plomb (Pb₃(PO₄)₂) et ainsi réduire sa concentration dans l’eau à des niveaux acceptables.
Données:
- Concentration actuelle de plomb dans le lac: 5 mg/L
- Volume total de l’eau dans le lac: 1,5 million de mètres cubes
- Concentration cible de plomb après traitement: 0,5 mg/L
Questions:
1. Calcul de la quantité de plomb à précipiter:
Calculez la masse totale de plomb qui doit être précipitée pour atteindre la concentration cible.
2. Stœchiométrie de la réaction:
Équilibrez l’équation chimique entre le phosphate trisodique (Na₃PO₄) et le plomb (II) pour former du phosphate de plomb (Pb₃(PO₄)₂).
3. Calcul de la masse de Na₃PO₄ nécessaire:
Utilisez la stœchiométrie de la réaction pour calculer la masse de phosphate trisodique nécessaire pour précipiter la quantité de plomb calculée à l’étape 1.
4. Évaluation de l’impact environnemental:
Discutez brièvement de l’impact potentiel de l’ajout de grandes quantités de phosphate trisodique sur l’écosystème du lac.
Équation chimique (à équilibrer):
\(\text{Pb}^{2+} (\text{aq}) + \text{Na}_3\text{PO}_4 (\text{aq}) \rightarrow \text{Pb}_3(\text{PO}_4)_2 (\text{s}) + \text{Na}^+ (\text{aq})\)
Correction : Toxicité du Plomb dans un Lac Industriel
1. Calcul de la quantité de plomb à précipiter
Pour réduire la concentration de plomb dans le lac de \(5 \, \text{mg/L}\) à \(0,5 \, \text{mg/L}\), nous devons calculer la différence de masse de plomb qui doit être retirée.
- Concentration initiale de plomb \((C_1): 5 \, \text{mg/L}\)
- Concentration cible de plomb \((C_2): 0,5 \, \text{mg/L}\)
- Volume total de l’eau dans le lac \((V): 1,5\) million de mètres cubes = \(1,5 \times 10^6 \, \text{m}^3\)
La masse totale de plomb à précipiter est donnée par:
- Masse de Pb à précipiter:
\[ = (C_1 – C_2) \times V \]
Convertissant les litres en mètres cubes (1 m³ = 1000 L), on a:
\[ = (5 \, \text{mg/L} – 0,5 \, \text{mg/L}) \times 1,5 \times 10^9 \, \text{L} \] \[ = 4,5 \, \text{mg/L} \times 1,5 \times 10^9 \, \text{L} \] \[ = 6,75 \times 10^9 \, \text{mg} \] \[ = 6750 \, \text{kg} \]
2. Stoïchiométrie de la réaction
La réaction entre le plomb et le phosphate trisodique se produit selon l’équation suivante:
\(3 \text{Pb}^{2+} (\text{aq}) + 2 \text{Na}_3\text{PO}_4 (\text{aq}) \rightarrow \text{Pb}_3(\text{PO}_4)_2 (\text{s}) + 6 \text{Na}^+ (\text{aq})\)
3. Calcul de la masse de Na\(_3\)PO\(_4\) nécessaire
Pour précipiter 1 mol de \(\text{Pb}_3(\text{PO}_4)_2\), nous avons besoin de 2 moles de \(\text{Na}_3\text{PO}_4\).
La masse molaire de Pb est environ \(207 \, \text{g/mol}\). Donc, la masse molaire de \(\text{Pb}_3(\text{PO}_4)_2\) est:
\[ = 3 \times 207 \, \text{g/mol} + 2 \times (31 + 4 \times 16) \, \text{g/mol} \] \[ = 811 \, \text{g/mol} \]
La masse molaire de Na\(_3\)PO\(_4\) est:
\[ = 3 \times 23 \, \text{g/mol} + 31 \, \text{g/mol} + 4 \times 16 \, \text{g/mol} \] \[ = 164 \, \text{g/mol} \]
Pour précipiter 6750 kg de \(\text{Pb}_3(\text{PO}_4)_2\):
- \( \text{Nombre de moles de Pb}_3(\text{PO}_4)_2 \)
\[ = \frac{6750000 \, \text{g}}{811 \, \text{g/mol}} \] \[ \approx 8322 \, \text{moles} \]
- \( \text{Nombre de moles de Na}_3\text{PO}_4 \)
\[ = 2 \times 8322 \, \text{moles} = 16644 \, \text{moles} \]
- \( \text{Masse de Na}_3\text{PO}_4 \)
\[ = 16644 \, \text{moles} \times 164 \, \text{g/mol} \] \[ = 2729568 \, \text{g} \] \[ = 2729.568 \, \text{kg} \]
4. Évaluation de l’impact environnemental
L’ajout de 2730 kg de phosphate trisodique peut influencer l’équilibre écologique du lac en augmentant les niveaux de sodium et de phosphate, ce qui pourrait promouvoir la croissance d’algues et affecter la vie aquatique.
Ces impacts doivent être évalués par des études écologiques détaillées avant d’appliquer ce traitement.
Toxicité du Plomb dans un Lac Industriel
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