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.
Question :
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 \(Ca(OH)_2\)
a. Calcul de la quantité totale d’ions \(H^+\) dans le lac :
- La concentration en ions \(H^+\) pour un pH de 4 est de \(10^{-4}\) mol/L.
- Le volume du lac est de 50,000 m\(^3\), ce qui équivaut à \(50,000 \times 1000 = 50,000,000\) L (car 1 m\(^3\) = 1000 L).
La quantité totale d’ions \(H^+\) dans le lac est donnée par :
\[ \text{Quantité de } H^+ = \text{Concentration} \times \text{Volume} \] \[ \text{Quantité de } H^+ = 10^{-4} \text{ mol/L} \times 50,000,000 \text{ L} \] \[ \text{Quantité de } H^+ = 5,000 \text{ moles} \]
b. Quantité de \(Ca(OH)_2\) nécessaire :
L’équation chimique \( Ca(OH)_2 + 2H^+ \rightarrow Ca^{2+} + 2H_2O \) indique que 1 mole de \(Ca(OH)_2\) est nécessaire pour neutraliser 2 moles de \(H^+\).
La quantité de \(Ca(OH)_2\) nécessaire est donc :
\[ \text{Quantité de } Ca(OH)_2 = \frac{\text{Quantité de } H^+}{2} \] \[ \text{Quantité de } Ca(OH)_2 = \frac{5,000 \text{ moles}}{2} \] \[ \text{Quantité de } Ca(OH)_2 = 2,500 \text{ moles} \]
c. Conversion en masse de \(Ca(OH)_2\) :
La masse molaire de \(Ca(OH)_2\) est de 74 g/mol. Ainsi, la masse nécessaire est :
\[ \text{Masse de } Ca(OH)_2 = \text{Quantité de } Ca(OH)_2 \times \text{Masse molaire} \] \[ \text{Masse de } Ca(OH)_2 = 2,500 \text{ moles} \times 74 \text{ g/mol} \] \[ \text{Masse de } Ca(OH)_2 = 185,000 \text{ g} \] \[ \text{Masse de } Ca(OH)_2 = 185 \text{ kg} \]
2. Réflexion supplémentaire
a. Conséquences écologiques de l’ajout de chaux dans le lac :
L’ajout de chaux peut augmenter la turbidité de l’eau, affectant la faune aquatique, notamment la visibilité pour les poissons.
Un changement brusque de pH peut également affecter la survie des organismes aquatiques qui sont sensibles aux variations de pH.
b. Homogénéisation de la distribution de \(Ca(OH)_2\) :
Pour s’assurer que la chaux est bien répartie dans le lac, les techniciens pourraient utiliser des bateaux équipés de systèmes de dispersion qui agitent l’eau tout en déversant la chaux, permettant une dissolution et une distribution plus uniformes.
Des suivis réguliers du pH à différents points du lac aideraient également à évaluer l’efficacité de la distribution.
Corriger le pH d’un Écosystème Aquatique
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