Chim. N° 08

Concentration Molaire. Cours.

 

 

I - Dissolution d'une espèce chimique.

II -Concentration molaire .

III - Préparation de solutions aqueuses .

IV - Applications.

Exercices 2005-2006

 Physique et Chimie  seconde  Collection DURANDEAU   HaCHETTE

1.   Exercice 3 page 316.

2.  Exercice 4 page 316.

3.  Exercice 5 page 316.

4.  Exercice 7 page 316.

5.  Exercice 15 page 317.

6.    Exercice 17 page 318.

7.  Exercice 20 page 318.

8.  Exercice 23 page 318.

9.  Exercice 27 page 319.

Physique et Chimie  seconde  Collection Microméga   Hatier

Ancienne édition

1)- Exercice 10 page 134.

2)- Exercice 13 page 134.

3)- Exercice 15 page 135.

4)- Exercice 27 page 136.

 

 

Pour aller plus loin : 

Mots clés :

mole ; quantité de matière ; masse molaire ; Concentration molaire volumique ; concentration massique ; dissolution ; dilution ; solvant ; soluté ; ...

Google

 

I- Dissolution d’une espèce chimique.

1)- Définitions.

-          Lorsqu’on dissout une espèce chimique dans un liquide on obtient une solution.

-          L’espèce chimique dissoute est appelée le soluté.

-          Le liquide dans lequel on dissout l’espèce chimique est appelé le solvant.

-          Si le solvant utilisé est l’eau, on obtient une solution aqueuse.

2)- Exemple.

-          Dissolution du sucre (le glucose)dans l’eau :

-          on obtient une solution sucrée qui est une solution aqueuse qui contient des molécules de glucose.

-          Dissolution du permanganate de potassium dans l’eau, on obtient une solution aqueuse colorée qui contient des ions permanganate et des ions sodium.

-          Dissolution de chlorure de sodium dans l’eau. On obtient une solution aqueuse salée qui contient des ions chlorure et des ions sodium.

-          Remarque : dans l’eau, on peut dissoudre des solides, des liquides ou des gaz.

-          Exemples : solide : chlorure de sodium, liquide : éthanol et gaz : le dioxygène, le dioxyde de carbone,

-          Certaines  espèces chimiques sont insolubles dans l’eau comme le sable, l’huile.

-          Une espèce chimique est insoluble dans l’eau si on la retrouve tel quelle et présence d’eau.

-          Exemple :  le diiode est très peu soluble dans l’eau.

-          Le soluté n’est pas totalement dissous. La solution obtenue est saturée.

-          Il y a dans ce cas un dépôt de solide au fond du récipient. La solution n(est pas homogène.

3)- Propriétés des solutions.

-          Une solution est un liquide homogène contenant plusieurs constituants.

-          L’espèce chimique mise en solution peut être constituée de :

-          Molécules (solide moléculaire, liquide ou gaz)

-          Ou d’ions (solides ioniques).

-          Le soluté est ionique si la solution obtenue est formée d’ions parmi des molécules d’eau.

-          C’est le cas de la solution aqueuse de sulfate de cuivre II. La solution contient des ions cuivre II et des ions sulfate.

-          Lors de la réalisation de la solution avec le cristal ionique, le soluté réagit avec l’eau.

-          Le soluté est moléculaire si la solution obtenue contient des molécules de soluté (soluté moléculaire) et des molécules d’eau.

-          Lors de la réalisation de la solution, le soluté de réagit pas avec l’eau.

-          C’est le cas de la solution de saccharose (C12H22O11) et de celle du diiode (I 2).

-          La solution de saccharose contient des molécules de saccharose et celle de diiode contient des molécules de diiode et bien sur des molécules de solvant : l’eau.

-          Remarque : il se peu que le soluté moléculaire réagisse partiellement avec l’eau pour donner des ions.

-          La solution aqueuse contient alors : des ions et des molécules de soluté n’ayant pas réagi.

En conséquence : 

De manière générale, une solution aqueuse peut contenir 

  • des molécules 

  • des ions 

  • des molécules et des ions.

-          Pour séparer le soluté du solvant, il faut effectuer :

-          Soit une distillation,

-          Soit une évaporation.

-          On élimine le solvant.

-          Une solution dans laquelle après agitation, tout le soluté solide introduit  n’a pas disparu, est une solution saturée.

II- Concentration molaire.

1)- Définition.

-          La concentration molaire d’une espèce chimique en solution est la quantité de matière de soluté présente dans un litre de solution.

-      Soit X l’espèce dissoute. L’espèce X peut être une molécule ou un ion.

-      Notation de la concentration de l’espèce chimique en solution :  C =  [ X ]

-      Relation :

C =  [ X ] n (X) 

V 

       [ X ]  concentration de l’espèce X en mol / L

       n (X) quantité de matière de l’espèce X en mol

       V volume de la solution aqueuse en L.

 

-          On parle aussi de concentration molaire volumique.

2)- Notation.

-          Cas d’une solution qui contient des molécules de soluté  X . Il y a plusieurs  façons de noter la concentration :

-          Soit C, C XC (X) ou [ X ] (cette dernière notation est réservée pour les molécules ou les ions)

-       Exemple pour une solution aqueuse de diiode de concentration 0,020 mol / L, on peut écrire : 

-       C ( I 2) 0,020 mol / L ou [ I 2] 0,020 mol / L

-       Cas d’une solution ionique. Exemple : Une solution aqueuse de sulfate de cuivre II.

-       C (CuSO 4) 0,020 mol / L ou [ SO 4 2 -] 0,020 mol / L et [ Cu 2 +] 0,020 mol / L 

-  Mais l’écriture  : [ CuSO 4] 0,020 mol / L n’a pas de sens.

3)- Calcul d’une concentration.

-          Application 1 : 

-          L’éthanol est un alcool que l’on retrouve dans les boissons alcoolisées. Sa formule brute est C2H6O.

-          L’éthanol a une structure moléculaire. Donner sa formule développée et sa formule semi-développée.

-          Dans une fiole jaugée de 100 mL, on introduit 0,020 mol d’éthanol, puis on complète avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge. On mélange afin d’homogénéiser la solution.

-          Calculer la concentration  en éthanol de la solution obtenue.

 

Réponse : 

C = [C 2 H 6 O ]

         

         
V          

C = [C 2 H 6 O ] 0,20 mol / L

-          Application 2 : 

on dissout une masse m = 5,5 g de glucose dans de l’eau distillée. La solution obtenue a un volume V = 100 mL. Calculer la concentration molaire en glucose de la solution préparée. 

M (C6H12O6) = 180 g / mol.

 

Réponse : 

-          Dans un premier temps, il faut déterminer la quantité de matière de glucose utilisé

-          Quantité de matière de glucose utilisé :

n m   

(1)

M   

       n  quantité de matière de l’espèce chimique en mol

       m  masse de l’espèce chimique en g

       M  masse molaire de l'espèce chimique en g / mol

-          Concentration en glucose de la solution :

C n   

(2)

V   

       C  concentration de glucose en mol / L

       n  quantité de matière de glucose en mol

       V  volume de la solution aqueuse de glucose en L.

-          en combinant (1) et (2) : 

C

m      

   
  M. V      

 

5,5  

C =  


 

 

180 x 0,10  

 

     

C   

 3,1 x 10 - 1 mol / L

III- Préparation de solutions aqueuses.

1)- Le matériel utilisé.

La balance électronique qui sert à peser les espèces chimiques solides.

Les capsules et verres de montre qui peuvent contenir des solides (on les utilise lors des pesées)

Les récipients comme les béchers et  erlenmeyers qui peuvent contenir des espèces chimiques liquides ou des solutions aqueuses.

    

La verrerie qui permet la mesure du volume d’une solution : l’éprouvette graduée, la pipette jaugée, la pipette graduée, la fiole jaugée et la burette graduée.

     

Une pipette simple pour ajuster les volumes et une pissette d’eau distillée.

2)- Dissolution d’une espèce solide moléculaire.

-          Application 3 :

On souhaite préparer un volume V = 100 mL d’une solution aqueuse de glucose de concentration  C = 0,100 mol / L à partir de glucose solide. 

M (C6H12O6) = 180 g / mol

Indiquer le matériel utilisé et donner le mode opératoire.

Déterminer la masse de glucose nécessaire à la préparation de la solution.

Réponse : 

-          Matériel utilisé : une balance pour peser le glucose, un verre de montre, un entonnoir,  une fiole jaugée de 100 mL et de l’eau distillée.

-          Mode opératoire :

-          On pèse la masse m de soluté au moyen d’une balance. 

-          On place le soluté dans un récipient et on utilise la fonction tare de la balance pour lire directement la masse du contenu du récipient.

-          On introduit le solide dans une fiole jaugée de volume V = 100 mL en utilisant un entonnoir.

-          On rince le récipient utilisé et l’entonnoir avec une pissette d’eau distillée. L’eau de rinçage doit couler dans la fiole jaugée.

-          On remplit la fiole jaugée environ aux trois quarts avec de l’eau distillée et on agite pour accélérer la dissolution et homogénéiser la solution.

-          On complète avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge.

-          On ajuste le niveau avec une pipette simple.

-          On bouche et on agite pour homogénéiser.

-          Masse de glucose nécessaire :

-          On connaît la concentration C de la solution et son volume V.

-          On peut en déduire la quantité de matière nécessaire  n = C . V (1)

-          Masse de glucose nécessaire : m = n . M (2)

-          En combinant (1) et (2)  : m = C . V . M

-          Application numérique 

-          m = 0,100 x 0,100 x 180

-          m 1,80 g

 

3)- Dilution d’une solution aqueuse.

a)-     Principe de la dilution.

-          Diluer une solution, c’est en ajoutant du solvant, préparer une nouvelle solution moins concentrée que la solution initiale.

-          Lors d’une dilution, la concentration molaire du soluté diminue, mais sa quantité de matière ne change pas.

-          On dit qu’au cours d’une dilution, la quantité de matière de soluté se conserve.

-          La solution de départ est appelée la solution mère et la solution diluée est appelée la solution fille.

 

S 1 {

C 1

Dilution

S 2 {

C 2

V 1 = ?

V 2

n 1  = C 1 . V 1

 

n 2  = C 2 . V 2

Soltion mère

 

Solution fille

 

-          si A représente l’espèce présente dans la solution. 

-          La quantité de matière n A de cette espèce est la même dans la solution mère et dans la solution fille. 

-          Il y a conservation de la quantité de matière de soluté :

-          la quantité de matière de soluté présente dans la solution mère : n 1  =  C 1 . V 1 (1)

-          la quantité de matière de soluté présente dans la solution fille :  n 2  =  C 2 . V 2  (2)

-          Conséquence :

C 1 . V 1 = C 2 . V 2

 

 

  V 1      

C 2 =  

C 1 . 
     
 

 

  V 2      

 

  -          Avec obligatoirement  V 1  <  V 2.

b)-     Réalisation pratique d’une dilution.

-          La dilution nécessite d’effectuer des mesures précises de volumes.

-          On utilise pour ces opérations le matériel suivant :

-          Burette graduée, ou pipette graduée ou jaugée, fiole jaugée.

-          Application 4 :

On désire préparer une un volume V1 = 200 mL d’une solution de diiode de concentration C1 = 1,0 x 10 -3 mol / L à partir d’une solution mère de diiode de concentration C = 2,0 x 10 -2 mol / L.

-          Déterminer le volume de solution mère nécessaire à la préparation de la solution.

-          Indiquer le matériel utilisé et donner le mode opératoire.

 

 

-          Réponse :

-          Au cours de la dilution, il y a conservation de la quantité de matière de soluté :

S  {

C  = 2,0 x 10 -2 mol / L

Dilution

S 1 {

C 1 = 1,0 x 10 -3 mol / L

V  = ?

V 1 = 200 mL

n   = C  . V 

 

n 1  = C 1 . V 1

-          si on note n la quantité de matière de soluté utilisé :

n = n 1  Þ  C . V  = C 1 . V 1

 

  C 1  

V =

V 1 .
 
 

 

  C   
 

 

    1,00 x 10 - 3  

V =

200 .
 
 

 

    1,00 x 10 - 2  
 

 

           

V   10 mL 

-          Matériel :

-          Récipient : bécher ou erlenmeyer.

-          Matériel permettant la mesure précise de volumes :

-          Une pipette jaugée de 10 mL muni de sa propipette.

-          Une fiole jaugée de 200 mL

-          Pipette simple pour ajuster le volume.

-          Solutions : solution mère et pissette d’eau distillée.

 

I    Mode opératoire : dilution

-          On verse un peu de solution mère dans un bécher (on ne pipette jamais dans le récipient qui contient la solution mère).

-          On prélève le volume V = 10 mL à l’aide d’une pipette jaugée muni de sa propipette.

-          On verse le volume V = 10 mL dans une fiole jaugée de 200 mL.

-          On remplit la fiole jaugée environ aux trois quarts avec de l’eau distillée. On mélange.

-          On complète avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge.

-          On ajuste le niveau avec une pipette simple.

-          On bouche et on agite pour homogénéiser.

 

 

 

IV- Applications.

1)- Exercice 10 page 134.

2)- Exercice 13 page 134.

3)- Exercice 15 page 135.

4)- Exercice 27 page 136.