Exercice II L'acidification des océans (9 points)

Bac S 2013 Nouvelle-Calédonie CORRECTION ©
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EXERCICE II - L'ACIDIFICATION DES OCÉANS (9 points)
1. Acidification des océans
1.1. (1,5) Le document 1 montre qu'à Mauna Loa la concentration en dioxyde
de carbone dans l'atmosphère augmente depuis 1958, ce qui entraine une
hausse de la pression de CO2 et une baisse du pH de l'océan. 1.2.1. (1) Le document 2 permet de comprendre que si la concentration en
dioxyde de carbone gazeux dans l'air augmente alors la concentration en CO2
aqueux dans l'océan augmente aussi.
Le document 3 montre que l'apparition de CO2 aqueux dans l'océan a pour
conséquence la formation d'ions oxonium H3O+ dans l'océan via les réactions
1 et 2.
Comme pH = - log [H3O+], si [H3O+] augmente alors le pH diminue. 1.2.2. (1)
Si la concentration en ions oxonium augmente de 30 % alors [H3O+]après =
1,3.[H3O+]avant.
pHaprès = - log[H3O+]après = - log 1,3.[H3O+]avant = - log 1,3 -
log[H3O+]avant
pHaprès = - 0,11 + pHavant
On montre ainsi que le pH diminue de 0,11 unité lorsque [H3O+] augmente de
30%.
Autre méthode : [pic]
[pic] ce qui correspond à une hausse d'environ 30%.
2. Le carbone dans les océans
2.1. pH = pKa + log([pic]) ainsi (0,25) lorsque [A-] = [HA] alors pH = pKa.
Pour le couple associé à la réaction 1, lorsque [CO2] = [HCO3-] alors pH =
pKa1.
On a [pic], soit ?1 = ?2.
Le document 4 permet de déterminer graphiquement pKa1 :
15,6 cm ( 14 unités pH
7,0 cm ( pKa1
(0,25) Ainsi pKa1 = 6,3 De même [CO32-] = HCO3-] lorsque ?2 = ?3
15,6 cm ( 14 unités pH
11,5 cm ( pKa2
(0,25) Ainsi pKa2 = 10,3 2.2. (0,75)
[pic]
2.3. (0,75) D'après l'énoncé (cf. 1.2.), aujourd'hui les océans ont un pH
voisin de 8,1.
Sur le document 4, on cherche les ordonnées ?1, ?2 et ?3 des points
d'abscisse pH = 8,1.
Il est difficile de faire preuve de précision vu les faibles valeurs de ?1
et ?3.
On trouve approximativement ?1 = 0,03, tandis qu'alpha 3 est plus faible ?3
= 0,01.
Pour ?2 : 8,0 cm ( 1
7,7 cm ( ?2
Donc ?2 = 0,96.
On doit vérifier que ?1 + ?2 + ?3 = 1. 2.4. (0,25) La forme arrondie de la courbe représentative de ?2 aux
alentours de pH = 8,1 permet de dire que la valeur de ?2 est peu modifiée
par une variation de pH de 0,1 unité. 2.5. (0,25) Le document 5 indique qu'en présence d'un excès de dioxyde de
carbone, le carbonate de calcium se dissout.
(0,5) L'augmentation de la concentration en dioxyde de carbone dissous a
pour conséquence la dissolution des coquilles des organismes marins et donc
leur amincissement voire leur disparition. 3. Étude du mouvement du satellite IBUKI
3.1.
(0,25)
[pic] force d'interaction
gravitationnelle exercée par la Terre sur le
satellite IBUKI. S : satellite
T : Terre 3.2.
(0,25) Dans le référentiel géocentrique supposé galiléen, on applique la
2ème loi de Newton au système {satellite} : [pic]
La force [pic]et l'accélération [pic] ont même sens (centripète) et même
direction (radiale),
donc F = mS.a
G. [pic] = mS.a
(0,25) ainsi a = G. [pic]
( Le mouvement du satellite est circulaire uniforme sur l'orbite de rayon
RT+z donc a = [pic]
En égalant les deux expressions de l'accélération, on a [pic]= G. [pic]
v² = [pic]
(0,5) v = [pic] (1)
( Pendant une période T, le satellite parcourt son orbite de longueur
2?(z+RT) à la vitesse v, donc T = [pic]. (2)
Dans l'expression (2), on remplace v par son expression (1), T = [pic]
T² = [pic]
(0,5) finalement on obtient T = 2( [pic]
T = 2( [pic] = 5,89 × 103 s
(0,5) T = 98 min = 1h 38 min Remarque sur la chimie :
Les pKa de l'acide carbonique dans l'eau de mer sont différents de ceux
dans l'eau pure à retrouver sur la figure 4 : environ 5,8 au lieu de 6,3 et
8,9 au lieu de 10,3. De ce fait au lieu de représenter 1% de la somme des
carbonates, l'ion CO32- en représente près de 10% (cela varie avec la
température). Et surtout ce n'est pas le pH qui fixe la proportion des
différents ions, mais les concentrations des différents ions contraintes
par la somme des carbonates, l'électroneutralité de la solution et les
équilibres acido-basiques qui fixent le pH.
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15,6 cm 7,0 cm 11,5 cm 8,0 cm 7,7 cm T