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CME 5 : Peut-on concilier confort et développement durable ? Compétences évalué

CME 5 : Peut-on concilier confort et développement durable ? Compétences évaluées : - APP : s’approprier rechercher, extraire et organiser l’information comprendre la problématique du travail à réaliser montrer que l’on connaît le vocabulaire, les symboles, les grandeurs, les unités mises en œuvre - ANA : analyser analyser la situation avant de réaliser une expérience, formuler une hypothèse, proposer, choisir un protocole ou le matériel / dispositif expérimental - REA : réaliser mettre en œuvre une méthode de résolution, un protocole expérimental, utiliser le matériel choisi ou mis à sa disposition, manipuler avec assurance dans le respect des règles élémentaires de sécurité - VAL : valider exploiter et interpréter des observations, des mesures, vérifier les résultats obtenus, valider ou infirmer une hypothèse critiquer un résultat, argumenter 1/8 CME 5 Pourquoi adoucir l’eau ? /20  0,25 pt  0,5 pt * 1 pt CME 5 : Peut-on concilier confort et développement durable ? - COM : communiquer rendre compte d’observation et des résultats, présenter, formuler une conclusion, expliquer, à l’oral ou à l’écrit NOM : Date : 1. L’eau et les ions dissous C’est en traversant des sols et des roches parfois calcaires (le calcaire est formé principalement de carbonate de calcium) que l’eau se charge en ions (sels minéraux). Doc 1 : Source : www.wikipedia.org Deux ions sont particulièrement surveillés : les ions calcium et les ions magnésium car ils sont responsables de la dureté de l’eau. La dureté de l’eau se manifeste par le calcaire qui se dépose sur les canalisations et les résistances chauffantes. On observe alors une fine couche blanche de tartre. La dureté de l’eau se mesure à l’aide du titre hydrotimétrique (TH) qui mesure les taux de calcium et de magnésium dissous dans l’eau. Il s’exprime en « degré français » (°f). Contrairement à une eau dure, une eau douce contient peu d’ions calcium et magnésium (doc 1.) 2. Formule chimique des ions Un ion est un atome (ou groupes d'atomes) qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. Un ion n'est donc pas électriquement neutre. Pour respecter la règle de l’octet, les atomes évoluent afin de posséder 8 électrons sur leur couche externe et ainsi ressembler au gaz noble (dernière colonne de la classification périodique) le plus proche. La composition de la couche externe est donnée par la représentation de Lewis. Exemple : le soufre Avec 6 électrons sur sa couche externe, l’atome de soufre va évoluer pour la compléter à 8 pour respecter la règle de l’octet avec 2 électrons. Il devient donc l’ion soufre et sera donc chargé de 2 charges négatives : formule S2-. 2/8 INFORMATIONS - RESSOURCES CME 5 : Peut-on concilier confort et développement durable ? Exemple : le magnésium L’atome de magnésium, avec 2 électrons sur sa couche externe, va perdre cet électron pour ressembler au gaz noble le plus proche, le néon. L’atome devient donc un ion magnésium, chargé positivement : formule Mg2+. De même, l’atome de calcium deviendra un ion calcium de formule Ca2+. 3. Mise en évidence des ions Dans une solution aqueuse, les ions sont dissous et ne sont pas visibles, il faut donc procéder à des tests de reconnaissance. Ion à identifier Ca2+ ou Mg2+ Mg2+ Réactif à ajouter Oxalate d’ammonium Jaune de thiazole + hydroxyde de sodium Expérience Résultat Précipité blanc Coloration rouge Tab 1 : Test d’identification des ions calcium et magnésium 4. Mesure de la dureté Nous savons mettre en évidence les ions calcium et magnésium (Tab 1) mais c’est leur quantité (concentration) qui doit être évaluée pour accéder au titre hydrotimétrique. 4.1 Avec des bandelettes On plonge les zones réactives de la bandelette dans l’eau à analyser pendant une seconde. La lecture s’effectue au bout d’une minute en comparant avec l’échelle de couleur. 4.2 A l’aide d’un dosage Pour déterminer précisément la concentration des ions Ca2+ et Mg2+, il faut procéder à un dosage colorimétrique dont l’équivalence est repérée par un changement de couleur. 5. Comment réduire la dureté d’une eau ? 3/8 CME 5 : Peut-on concilier confort et développement durable ? Pour réduire la dureté d’une eau, il faut enlever les ions Ca2+ et Mg2+ responsables de la dureté de l’eau. Une résine échangeuse d’ions les remplace par d’autres ions. La résine contient des ions Na+ et ceux-ci laissent leur place aux ions Ca2+ et Mg2+. A la sortie de la résine, l’eau est adoucie, elle est moins concentrée en ions Ca2+ et Mg2+. Source : www.salines.com 4/8 CME 5 : Peut-on concilier confort et développement durable ? Source : Manuel Sciences Physiques, Bac Pro, Ed. Bertrand-Lacoste Recherche : Qu’est-ce qu’une eau dure ? Recherche : Pour quelles valeurs du TH une eau est-elle classée douce ? Recherche : Pourquoi une eau dure présente-t-elle certains inconvénients domestiques ? 5/8 RECHERCHE DOCUMENTAIRE AP P * * * * CME 5 : Peut-on concilier confort et développement durable ? Recherche : Comment fonctionnent les adoucisseurs d’eau ? 6/8 CME 5 : Peut-on concilier confort et développement durable ? Eau minérale Voici quelques étiquettes d’eau minérale. Question : Parmi ces eaux, laquelle (lesquelles) vaut-il mieux consommer ? TP : Pourquoi et comment adoucir l’eau ? Matériel : 3 solutions : de l’eau du robinet (A), de l’eau tirée d’une résine échangeuse d’ions (B) et de l’eau déminéralisée (C). 3 soucoupes Des bandelettes de test de dureté + le nuancier :   3 tubes à essai + un porte-tubes Solution d’oxalate d’ammonium Réaliser et observer : Expérience 1 : mesurer la dureté des eaux - Tremper une bandelette dans chaque soucoupe contenant les différentes eaux - Observer la coloration prise par chaque bandelette et la comparer à celle du nuancier qui donne la valeur de la dureté 7/8 EXPERIMENTATION Source : www.sante.gouv.fr Il est recommandé de consommer des eaux dont le TH est d’au moins 8°f. APP * ANA * CME 5 : Peut-on concilier confort et développement durable ? - Compléter le tableau suivant : Expérience 2 : tester la présence d’ions calcium et magnésium - Verser quelques cm de hauteur de solution A dans un tube à essai. - Verser 3 gouttes de solution d’oxalate d’ammonium dans le tube. - Observer l’apparition (ou non) d’un précipité blanc indiquant la présence d’ions calcium ou/et magnésium. - Répéter l’expérience 2 avec les solutions B et C. - Comparer les résultats des 3 solutions et compléter le tableau suivant : Eau A B C Précipité blanc Présence d’ions calcium ou/et magnésium Expérience 3 : mettre en évidence le dépôt de calcaire - Choisir l’eau de l’expérience 2 contenant le plus d’ions calcium/magnésium : c’est l’eau ……. - Placer un peu de cette solution dans un ballon à fond plat - Porter à ébullition - Observer la présence éventuelle d’un dépôt blanc de calcaire sur les parois du ballon Synthèse du TP : Expérience 1 : Une eau est douce si sa dureté est inférieure à 18°f. L’eau tirée d’une résine échangeuse d’ions est-elle plus douce que l’eau du robinet ? justifier. Expérience 2 : Dans quelle eau trouve-t-on la présence d’ions calcium ? Quel est le rôle de la résine échangeuse d’ions ? Expérience 3 : L’eau circulant dans un appareil de chauffage doit-elle être dure ? Pourquoi ? 8/8 Eau A B C Dureté (en °f) Nature de l’eau RE A * RE A * VA L * COM VAL * VA L  COM  CME 5 : Peut-on concilier confort et développement durable ? QCM : Pour chaque phrase, indiquer la ou les bonnes réponses. A B C En appliquant la règle de l’octet, l’ion sodium a pour formule : Na - Na+ Na Les ions responsables de la dureté d’une eau sont les ions : Potassium Calcium Magnésium Le TH d’une eau dure est : > 20°f Entrer 20 et 40 °f > 40 °f La dureté d’une eau se mesure à l’aide du : pH TH Titre hydrotimétrique L’oxalate d’ammonium est un réactif qui caractérise : L’ion calcium L’ion magnésium L’ion hydrogène  Quelles sont les applications en esthétique d’une eau adoucie ?  Quel est le point commun aux 3 images de la page de couverture de ce dossier : expliquer. 9/8 RECHERCHE PERSONNELLE AP P     ANA  CO M  CO M APP * VAL  APP  CO M  CME 5 : Peut-on concilier confort et développement durable ? Approfondissement : 10/8 uploads/Science et Technologie/ dossier-tp-cme5-durete-eau-1erbacpro-la-morlette-cenon.pdf