TP Chimie N° 05

Conductance

et

facteurs d’influence.

Correction.

 

   

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 Objectifs :

-  Mesurer la conductance d’une portion de solution électrolytique.

-  Étudier quelques facteurs influençant la conductance

 

Matériel :

Un G.B.F, deux multimètres (un noir et un jaune), 5 cellules de conductimétrie,

des fils de connexion, des béchers,

Des solutions : 

(Na + + Cl –  )  (C1 = 2,0 x 10 – 3  mol / L ; C = 5,0 x 10 – 3  mol / L  ; C2 = 1,0 x 10 – 2  mol / L), 

(Na + + HO –  )  et (H + + Cl –  ), (C = 5,0 x 10 – 3  mol / L ).

I- Conductance.
1)- Définitions.
2)- Mesure de la conductance.
II- Facteurs influençant la conductance.
1)- Influence des caractéristiques S et ℓ de la cellule.
2)- Influence des caaractéristiques de la solution.

I-   La conductance.

 

1)- Définitions :

-    Dans une solution aqueuse électrolytique, le passage du courant électrique est assuré par le déplacement des ions. 

-    On s’intéresse au caractère conducteur d’une solution électrolytique.

-    Dans certaines conditions, une solution ionique se comporte comme un conducteur ohmique. 

-    Elle répond alors à la loi d’ohm (vue en troisième) :

-   

-    R est une grandeur caractéristique du conducteur. 

-    Elle rend compte de la capacité de celui-ci à s’opposer au passage du courant (d’où son nom).

-    Les chimistes préfèrent étudier l’inverse c’est-à-dire la capacité qu’a la solution électrolytique à laisser passer le courant. 

-    Ils étudient la conductance G qui est l’inverse de la résistance :

-              

-    Loi d’Ohm :

-        

  

2)- Mesure de la conductance.

a)- Principe.

-    Pour déterminer la valeur de G, on utilise la loi d’Ohm :

-   

-    Il faut connaître U et I.

-    Pour cela, on plonge dans la solution ionique, deux plaques métalliques, appelées électrodes, reliées à un générateur.

-    On mesure la tension U entre les électrodes avec un voltmètre.

-    On mesure l’intensité I du courant dans le circuit avec un ampèremètre.

-    L‘ensemble constitué par les deux plaques métalliques planes et parallèles est appelé : Cellule conductimétrique.

-    On détermine ensuite la valeur de la conductance G de la portion de solution ionique comprise entre les électrodes.

b)- Dispositif expérimental : Prendre l’électrode S = 1 cm 2 et  = 1 cm.

-    Schéma :

ManipulationRéaliser le montage et les différents réglages avant de rincer les électrodes.

c)- Mesure :

ManipulationRincer les électrodes à l’eau distillée. Éliminer l’eau de rinçage délicatement avec du papier absorbant.

-    Agiter doucement la cellule dans la solution pour bien homogénéiser.

-    La solution ionique est une solution de chlorure de sodium de concentration C = 5,0 x 10 – 3  mol / L.

-    Réaliser une mesure de G.

I = 1,08 mA

Valeur de la conductance :

U = 1,00 V

f = 500 Hz

Calibre

2 mA

-  Avant chaque mesure, il faut rincer les électrodes à l’eau distillée.

-  Essuyer délicatement les électrodes avec du papier absorbant,

Agiter doucement la cellule dans la solution pour bien homogénéiser.

 

Animation CabriJava

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II- Facteurs influençant la conductance.

 

1)- Influence des caractéristiques S et de la cellule.

-    On dispose d’un jeu de cellules conductimétriques. 

-    On peut faire varier la distance ℓ entre les électrodes et la surface S de leur partie immergée.

a)- Influence de la distance ℓ entre les électrodes.

-    Faire une mesure avec S = 1 cm 2   et  = 3 cm

-    Comparer la valeur de cette mesure à celle obtenue au I- 2)- c)-. Conclusion.

-  On prend des électrodes de surfaces S = 1 cm2 que l’on éloigne.

Distance

1 cm

3 cm

Conductance G

1,08 mS

0,72 mS

Calibre

2 mA

2 mA

-  Conclusion :

La conductance G diminue, lorsque la distance entre les électrodes augmente.

 

b)- Influence de S.

-    la distance  entre les électrodes étant maintenue constante ( = 1 cm   ), on fait varier S = 3 cm2.

-    Faire une mesure et la comparer à la valeur obtenue au I- 2)- c)-. (S = 1 cm2 et = 1 cm ). Conclusion.

-  On prend des électrodes que l’on garde à la même distance   = 1 cm , mais on change la surface S.

Surface S

1 cm2

3 cm2

Conductance G

1,08 mS

2,48 mS

Calibre

2 mA

20 mA

-  Conclusion :

La conductance G augmente, lorsque la surface S augmente.

2)- Influence des caractéristiques de la solution.

-    On utilise la cellule conductimétrique du I- 2)- b)-dont les dimensions sont fixées. 

-    On peut ainsi mettre en évidence des grandeurs d’influence propres à la solution.

a)- Influence du soluté.

-    On dispose de solutions (Na + + Cl  – )  ; (Na + + HO ) ; (H + + Cl ) de même concentration : C = 5,0 x 10 – 3  mol / L.

ManipulationRéaliser les mesures puis reproduire et compléter le tableau suivant.

Solution

(Na + + Cl

(Na + + HO

(H + + Cl )

en  mS

 

 

 

 

 

 

Conclusion.

-  On dispose de solutions aqueuses de chlorure de sodium,

de soude

et d’acide chlorhydrique

de même concentration :

C = 5,0 x 10 – 3  mol / L.

On mesure la conductivité de chaque solution avec la même cellule conductimétrique.

 

Chlorure de sodium

Soude

Acide chlorhydrique

Ions présents

Na+ + Cl

Na+ + HO

H+ + Cl

Conductance G

1,08 mS

2,38 mS

4,38 mS

Calibre

2 mA

20 mA

20 mA

-  Conclusion :

-  La conductance G d’une portion de solution, dépend de la nature du soluté, c’est-à-dire des ions présents dans la solution.

 

b)- Influence de la concentration.

-    On dispose de la solution (Na + + Cl )  de concentration :

-    C1 = 2,0 x 10 – 3  mol / L ; C = 5,0 x 10 – 3  mol / L  ; C2 = 1,0 x 10 – 2  mol / L.

ManipulationRéaliser les différentes mesures, reproduire et compléter le tableau.

C 

mmol / L

     2    

     5    

     10    

G  mS

 

 

 

 

 

 

Conclusion.

-  On dispose de solutions aqueuses de chlorure de sodium de différentes concentrations.

C (mmol / L)

2,0

5,0

10

Conductance G

0,55 mS

1,08 mS

2,23 mS

Calibre

2 mA

20 mA

20 mA

-  La conductance G augmente quand la concentration molaire en soluté apporté augmente.

 

c)- Influence de la température.

-    Relever la température θ de la solution (Na + + Cl )   de concentration C = 5,0 x 10 – 3  mol / L :

-    θ  =

-    faire chauffer la solution et relever la température q’ de cette solution.

-    θ =

-    réaliser la mesure et comparer la valeur obtenue à celle du I- 2)- c)-. Conclusion.

-  On mesure la conductance d’une solution de chlorure de sodium de concentration C = 5,0 x 10 – 3 mol / L à différentes températures.

On utilise toujours la même cellule conductimétrique.

θ  ° C

21

32

Conductance G

1,08 mS

1,53 mS

-  Conclusion : La conductance augmente avec la température θ.

 

  Récapitulatif :

  La conductance G dépend 

-  De la distance   entre les électrodes,

-  Lorsque la distance augmente, la conductance G diminue

-  De la surface S des électrodes,

-  Lorsque la surface S augmente, la conductance G augmente

-  De la nature des ions présents dans la solution,

-  Pour un même cation (Na+), la conductance d’une solution contenant les ions hydroxyde est supérieure à celle d’une solution contenant des ions chlorure de même concentration.

-  Pour un même anion (Cl ), la conductance d’une solution contenant les ions oxonium est supérieure à celle d’une solution contenant des ions sodium de même concentration.

-  De la concentration C de la solution,

-  Lorsque la concentration C augmente, la conductance G augmente

-  De la température θ de la solution.

-  Lorsque la température θ augmente, la conductance G augmente