Chimie et environnement : pollution, effet de serre, chimie verte

Écris la formule du gaz à effet de serre rejeté, ou « aucun ».

1. Une chaudière brûle du fioul pour chauffer un immeuble :
   Le fioul contient du carbone : sa combustion rejette du CO₂.
2. Au fond d’un étang envasé, sans dioxygène, des roseaux morts pourrissent ; des bulles de gaz inflammable remontent :
   Une décomposition sans dioxygène donne du méthane CH₄, un gaz qui brûle (avec un peu de CO₂).
3. Un vigneron brûle une mèche de soufre dans un tonneau vide pour le désinfecter : S + O₂ → SO₂ :
   Le seul produit est le dioxyde de soufre SO₂ : un polluant (il donne des pluies acides), mais pas un gaz à effet de serre compté. Aucun.
4. Un morceau de corail mort (du calcaire) plongé dans de l’acide chlorhydrique fait des bulles :
   Un acide sur le calcaire dégage du CO₂ : CaCO₃ + 2 H⁺ → Ca²⁺ + H₂O + CO₂.
5. Dans la panse d’une chèvre, des microbes digèrent l’herbe sans dioxygène :
   La digestion des ruminants rejette du méthane CH₄.

Lis l’équation et écris le NOM du gaz à effet de serre produit (le plus puissant s’il y en a deux), ou « aucun ».

1. ZnCO₃ → ZnO + CO₂ (on chauffe du carbonate de zinc) :
   Le produit gazeux est le dioxyde de carbone, comme pour le calcaire chauffé.
2. Fe + 2 H⁺ → Fe²⁺ + H₂ (un clou dans un acide) :
   Le dihydrogène H₂ n’est pas un gaz à effet de serre : aucun.
3. CH₃COOH → CH₄ + CO₂ (des microbes décomposent l’acide acétique sans dioxygène) :
   Deux gaz à effet de serre : le méthane et le CO₂ ; le méthane est environ 30 fois plus puissant.
4. N₂ + O₂ → 2 NO (dans un moteur très chaud) :
   Le monoxyde d’azote NO est un polluant (il donne des pluies acides), mais pas un gaz à effet de serre compté : aucun.
5. 2 C₄H₁₀ + 13 O₂ → 8 CO₂ + 10 H₂O (combustion du butane) :
   Le dioxyde de carbone ; la vapeur d’eau ne s’accumule pas dans l’air.

Complète avec le mot qui convient.

1. La combustion du dihydrogène ne produit que de l’.
   Seulement de l’eau : 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O.
2. Les fluides des climatiseurs qui fuient sont des gaz à effet de serre : les gaz .
   Les gaz fluorés, comptés dans les émissions avec CO₂, CH₄ et N₂O.
3. Une transformation dont les réactifs ne contiennent pas l’élément ne peut rejeter ni CO₂ ni méthane.
   Le carbone du CO₂ et du méthane vient forcément des réactifs : les atomes se conservent au cours d’une transformation.
4. Les champs qui reçoivent trop d’engrais azoté rejettent un gaz à effet de serre puissant : le d’azote.
   Le protoxyde d’azote N₂O, formé par les bactéries du sol.

Pour le CO₂ de l’air, est-ce un « puits » ou une « source » ?

1. Une jeune forêt de pins qui grandit :
   Par la photosynthèse, les pins retirent du CO₂ de l’air : puits.
2. Le brûlage des chaumes d’un champ après la moisson :
   Le carbone de la paille repart en CO₂ : source.
3. L’eau froide de l’océan qui dissout du CO₂ :
   La dissolution retire du CO₂ de l’air : puits.
4. Les moteurs à gazole des bus d’une ville :
   La combustion du gazole rejette du CO₂ : source.
5. Les algues d’un lac en pleine photosynthèse :
   Comme toutes les plantes vertes, elles retirent du CO₂ : puits.

Calcule l’équivalent CO₂ : 1 kg de méthane compte pour 30 kg de CO₂, 1 kg de protoxyde d’azote pour 270 kg.

1. 4 kg de méthane : kg de CO₂e
   $4\times 30=120$ kg de CO₂e.
2. 2 kg de protoxyde d’azote : kg de CO₂e
   $2\times 270=540$ kg de CO₂e.
3. 600 g de méthane : kg de CO₂e
   600 g = 0,6 kg ; $0,6\times 30=18$ kg de CO₂e.
4. 3 t de méthane et 0,2 t de protoxyde d’azote, en tout : t de CO₂e
   $3\times 30=90$ ; $0,2\times 270=54$ ; $90+54=144$ t de CO₂e.

Une entreprise de transport fait son bilan carbone annuel.

1. Ses camions rejettent 900 t de CO₂ ; une forêt qu’elle entretient en absorbe 180 t. Bilan net : t de CO₂
   $900-180=720$ t de CO₂.
2. Part de ses émissions absorbée par la forêt : %
   $180÷900\times 100=20$ %.
3. Les climatiseurs de ses entrepôts perdent 3 kg d’un gaz fluoré dont 1 kg compte pour 1 300 kg de CO₂. Équivalent CO₂ : kg
   $3\times 1300=3900$ kg, soit 3,9 t de CO₂e : une petite fuite pèse lourd.
4. Elle recharge ses camions électriques avec une électricité qui rejette très peu de CO₂ : une électricité .
   Une électricité décarbonée (hydraulique, éolien, solaire, nucléaire).

Complète avec le mot ou le nombre qui convient.

1. Une pluie non polluée a un pH voisin de .
   pH ≈ 5,6, à cause du CO₂ de l’air dissous.
2. Le gaz de formule SO₂ s’appelle le dioxyde de .
   Le dioxyde de soufre, rejeté par le charbon et le fioul.
3. Dans les nuages, le SO₂ forme de l’acide .
   De l’acide sulfurique H₂SO₄.
4. Les oxydes d’azote des moteurs forment de l’acide .
   De l’acide nitrique HNO₃.
5. Le pH d’un lac acidifié est que celui d’un lac sain (plus bas ou plus haut).
   Plus bas : plus une eau est acide, plus son pH est petit.

Écris le nombre ou la formule qui manque.

1. Dans l’air : 2 SO₂ + O₂ → SO₃
   2 SO₃ : 2 S et 6 O de chaque côté.
2. Dans l’air : 2 NO + O₂ → 2
   2 NO₂ : 2 N et 4 O de chaque côté.
3. Dans les nuages : SO₃ + H₂O →
   H₂SO₄, l’acide sulfurique : 1 S, 4 O et 2 H de chaque côté.
4. Une pluie acide ronge une roche en carbonate de magnésium : MgCO₃ + H⁺ → Mg²⁺ + H₂O + CO₂
   2 H⁺ : 2 H à droite dans H₂O, et 2 charges + de chaque côté.

Raisonne sur le pH.

1. Pour une eau de mer, « s’acidifier » veut dire que son pH (monte ou baisse).
   Son pH baisse (8,2 → 8,1), mais il reste supérieur à 7 : l’eau reste basique.
2. Le CO₂ dissous dans l’eau forme de l’acide .
   CO₂ + H₂O → H₂CO₃, l’acide carbonique.
3. Deux pluies : pH 4,8 et pH 4,2. La plus acide a un pH de .
   Le pH le plus bas indique la pluie la plus acide : 4,2.
4. Pour faire remonter le pH d’un lac acide, on y répand du en poudre.
   Le calcaire consomme les ions H⁺ : c’est le chaulage.
5. Les coquilles des huîtres sont en carbonate de : elles se forment moins bien quand la mer s’acidifie.
   En carbonate de calcium CaCO₃, comme le calcaire.

Écris « potabilisation » ou « épuration ».

1. Rendre buvable l’eau pompée dans une rivière :
   Potabilisation : de la rivière au robinet.
2. Nettoyer les eaux des égouts avant de les rendre à la rivière :
   Épuration : des égouts à la rivière.
3. Traitement que subit l’eau des toilettes d’un collège avant de retourner dans la nature :
   Ce sont des eaux usées : épuration.
4. Traitement après lequel l’eau peut être bue sans danger :
   La potabilisation ; l’eau épurée, elle, n’est pas potable.
5. Traitement qui protège la rivière des eaux sales d’une ville :
   L’épuration nettoie les eaux usées avant de les rendre à la rivière.

Calcule (limite de qualité des nitrates dans l’eau du robinet : 50 mg/L).

1. Une eau de source contient 18 mg/L de nitrates. Masse de nitrates dans une bonbonne de 25 L : mg
   $18\times 25=450$ mg.
2. Une eau de forage à 64 mg/L de nitrates est mélangée à volume égal avec une eau à 26 mg/L. Teneur du mélange : mg/L
   $(64+26)÷2=45$ mg/L : sous la limite de 50 mg/L, le mélange est conforme.
3. Matière organique : 400 mg/L en entrée de station, 20 mg/L en sortie. Abattement : %
   $(400-20)÷400\times 100=95$ %.
4. Phosphates : 10 mg/L en entrée, 4 mg/L en sortie. Abattement : %
   $(10-4)÷10\times 100=60$ %.

Après un TP, on doit traiter un rejet avant de s’en débarrasser.

1. Avec la soude, le rejet donne un précipité couleur rouille : il contient des ions .
   Précipité rouille avec la soude : ions fer III Fe³⁺ (il serait vert avec les ions fer II Fe²⁺).
2. On ajoute de la soude jusqu’à ce que plus rien ne précipite, puis on pour séparer le solide.
   On filtre : le solide reste dans le filtre.
3. Le solide rouille va dans le de récupération, jamais à l’évier.
   Dans le bidon de récupération : il sera traité par une entreprise spécialisée.
4. Le liquide filtré est basique : pour le neutraliser avant l’évier, on y ajoute un peu d’.
   Un peu d’acide, jusqu’à un pH proche de la neutralité (entre 5 et 8 environ).

Complète avec le mot du cours.

1. Grâce à un catalyseur, on fait la réaction près de la température au lieu de chauffer fort.
   Près de la température ambiante : on économise l’énergie.
2. Décomposé par des micro-organismes en fin de vie :
   Biodégradable.
3. Les catalyseurs fabriqués par les êtres vivants : les
   Les enzymes, très utilisées en chimie verte.
4. Le solvant sans danger le plus courant : l’
   L’eau, à la place de solvants toxiques ou inflammables.

Économie d’atomes = masse du produit voulu ÷ masse des réactifs × 100.

1. 120 g de réactifs donnent 90 g de produit voulu : %
   $90÷120\times 100=75$ %.
2. 250 kg de réactifs donnent 225 kg de produit voulu : %
   $225÷250\times 100=90$ %.
3. Dans ce même procédé, masse des sous-produits (déchets) : kg
   La masse se conserve : $250-225=25$ kg.
4. 60 g de réactifs donnent seulement le produit voulu, sans sous-produit : masse de produit voulu g
   La masse se conserve : 60 g ; l’économie d’atomes vaut 100 %.

Un fabricant de colle compare deux procédés pour fabriquer 1 t de colle. Procédé A : économie d’atomes 25 %, 5 étapes, 140 °C, solvant toxique. Procédé B : économie d’atomes 80 %, 2 étapes, 40 °C, une enzyme dans l’eau.

1. Masse de réactifs du procédé A : t
   $1÷0,25=4$ t de réactifs.
2. Masse de déchets du procédé A : t
   $4-1=3$ t de déchets.
3. Masse de déchets du procédé B : t
   $1÷0,80=1,25$ t de réactifs ; $1,25-1=0,25$ t de déchets, douze fois moins.
4. Le procédé qui économise l’énergie : le procédé
   Le procédé B : 40 °C au lieu de 140 °C, grâce à l’enzyme (et moins d’étapes).