Chim. N° 05

Les Solutions. Cours.

 

   

 

Mots clés :

Cours de chimie seconde

Solutions Aqueuses,  dissolution,

Dissolution d'une espèce chimique moléculaire, solution de Dakin,

concentration massique, titre massique, soluté, solvant,

concentration molaire, quantité de matière, masse, volume, dilution , ...

 

Moteur de recherche sur les différents sites

 

 


I- Dissolution d’une espèce chimique. PAGEREF _Toc277918497 \h 1

1)- Définitions. PAGEREF _Toc277918498 \h 1

2)- Exemple. PAGEREF _Toc277918499 \h 2

3)- Solution saturée. PAGEREF _Toc277918500 \h 3

4)- Propriétés des solutions. PAGEREF _Toc277918501 \h 3

  II- Concentration d’une solution.

1)- Concentration massique ou teneur massique.

2)- Concentration molaire.

3)- Relation entre quantité de matière,

masse, volume et concentrations.

4)- Notation. PAGEREF _Toc277918508 \h 6

5)- Calcul d’une concentration. PAGEREF _Toc277918509 \h 7

  III- Préparation de solutions aqueuses.

1)- Le matériel utilisé.

2)- Dissolution d’une espèce solide moléculaire.

3)- Dilution d’une solution aqueuse.

 IV- Applications.

1)- QCM :  QCM

2)- Exercices :   Exercices

TP Préparation de solutions.

 

QCM 01 Questy pour s'auto-évaluer.

QCM Sous forme de tableau 01

QCM 02 Questy pour s'auto-évaluer

QCM sous forme de tableau 02

QCM sur la quantité de matière et les solutions :Sous forme de tableau

Questionnaire Questy our s'auto-évaluer

Exercices   énoncé avec correction

a)-  Exercice 1 : Connaître les constituants d’une solution.

b)-  Exercice 3 : Calculer une concentration massique.

c)-  Exercice 5 : Calculer une concentration molaire.

d)-  Exercice 8 : Préparer une solution par dissolution.

e)-  Exercice 12 : Solution aqueuse pour décontamination de lentilles de contact.

f)-   Exercice 13 : à boire avec modération.

g)-  Exercice 15 : diluer un berlingot d’eau de Javel.

h)-  Exercice 17 : L’arnica : un médicament homéopathique.

i)-   Exercice 19 : Solution de Dakin.

 

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 C6H12O6 (s).
         -   On obtient une solution sucrée qui est une solution aqueuse qui contient des molécules de glucose C6H12O6 (aq).
*     Dissolution du permanganate de potassium dans l’eau KMnO4 (s).
         -   On obtient une solution aqueuse colorée (violette) qui contient des ions permanganate MnO4(aq) et des ions potassium K+(aq).
*     Dissolution de chlorure de sodium dans l’eau NaCl (s).

         -   On obtient une solution aqueuse salée qui contient des ions chlorure Cl(aq) et des ions sodium Na+(aq).

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

 

Solides

Liquide

Gaz

Glucose

éthanol

Dioxygène

Chlorure de sodium

 

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 en 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)- Solution saturée.

         -   Exemple : on ne peut  pas dissoudre plus de 350 g de chlorure de sodium pour disposer d’un litre de solution à 25 ° C.
         -   Au-delà de cette masse, le chlorure de sodium ne se dissous plus.
         -   On est en présence d’une solution saturée dans laquelle on observe un dépôt de soluté au fond du récipient.
         -   Une solution est saturée lorsque le soluté introduit n’est pas totalement dissous.
         -   Une solution dans laquelle après agitation, tout le soluté solide introduit n’a pas disparu, est une solution saturée.

 

4)- 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)

     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, Cu2+ (aq) et des ions sulfate SO42– (aq).
          -   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 ne réagit pas avec l’eau. 
           -   C’est le cas de la solution de saccharose (C12H22O11) et de celle de diiode I2.
          -   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 peut 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.

II- Concentration d’une solution.

1)- Concentration massique ou teneur massique.

a)-  Définition :

     La concentration massique d’une espèce chimique est la masse de cette espèce chimique dissoute dans un litre de solution

          -   Relation :

Cas d’une espèce chimique A

     t (A) concentration massique en soluté apporté en g / L

     m (A) masse de soluté apporté en g.

     V = V sol volume de la solution aqueuse obtenue en L.

          -   Exemple : Étiquette d’une eau minérale.

Eau de source de montagne

Analyse moyenne

Calcium (Ca2+)

64,5 mg / L

Magnésium (Mg2+)

3,5 mg / L

Sodium (Na+ )

12,0 mg / L

Potassium (K+ )

0,5 mg / L

Fluorure (F )

< 0,1 mg / L

Hydrogénocarbonate (HCO3–  )

195,0 mg / L

Chlorure (Cl)

20,0 mg / L

Sulfate (SO42 – )

6,0 mg / L

Nitrate (NO3)

2,5 mg / L

Nitrite (NO2)

< 0,05 mg / L

Résidu sec à 180 ° C : 223,0 mg / L

          -   L’étiquette donne la concentration massique des ions présents dans l’eau minérale.

 

2)- Concentration molaire.

a)-  Définition.

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

          -   Relation :

Cas d’une espèce chimique A

     C (A) concentration molaire en soluté apporté en mol / L

     n (A) quantité de matière de soluté apporté en mol.

     V = V sol volume de la solution aqueuse obtenue en L.

          -   Exemple :
          -   Les résultats d’analyses médicales indiquent les concentrations massiques et molaires des espèces chimiques dosées dans le sang.

 

3)- Relation entre quantité de matière, masse, volume et concentrations.

          -   On considère l’espèce chimique A de masse molaire M (A).
          -   On peut écrire les trois relations suivantes :

Cas d’une espèce chimique A

 

     n (A) quantité de matière de l’espèce A en mol.

     m (A) masse de l’espèce A en g.

     M (A) masse molaire de l’espèce A en g / mol

 concentration molaire

     C (A) concentration molaire en soluté apporté en mol / L

     n (A) quantité de matière de soluté apporté en mol.

     V = Vsol volume de la solution aqueuse obtenue en L.

 titre massique

     t (A) concentration massique (titre massique) en soluté apporté en g / L

     m (A) masse de soluté apporté en g.

     V = Vsol volume de la solution aqueuse obtenue en L.

          -   On en déduit la relation liant la concentration massique et la concentration molaire.
            -   ou    

 

4)- Notation.

          -   Cas d’une solution qui contient des molécules de soluté X.
           -   Il y a deux façons de noter la concentration :
          -   Soit CX ou [X] .
          -   Exemple :
          -   Pour une solution aqueuse de diiode de concentration 0,020 mol / L, on peut écrire :
           -   C (I2) ≈ 0,020 mol / L ou   [ I2] ≈ 0,020 mol / L
           -   Car la solution aqueuse contient des molécules de diiode parmi des molécules d’eau.
           -   Cas d’une solution ionique.
           -   Exemple : une solution aqueuse de sulfate de cuivre II.
           -   C (CuSO4) ≈ 0,020 mol / L ou   [Cu2+ ] ≈ 0,020 mol / L et [SO42 –] ≈ 0,020 mol / L
           -   Mais l’écriture : [CuSO4] ≈ 0,020 mol / L n’a pas de sens car la molécule de formule CuSO4 n’existe pas.
           -   Le cristal de sulfate de cuivre II de formule CuSO4 est un cristal ionique dans lequel il y a en proportion, un ion cuivre II pour un ion sulfate.
           -   Ceci est une formule statistique.  
           -   La solution aqueuse obtenue contient autant d’ions cuivre II que d’ions sulfate.

 

5)- 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 :
          -   Concentration  en éthanol de la solution obtenue.
            -   concentration éthanol   
          -   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 :
            -   quantité de matière    (1)
          -   Avec n quantité de matière en mol, m la masse du morceau de sucre en g et M la masse molaire du glucose en g / mol.
          -   Concentration en glucose de la solution :
            -     (2)
          -   en combinant (1) et (2) :
           -      

III- Préparation de solutions aqueuses.

1)- Le matériel utilisé.

          -   La balance qui sert à peser les espèces chimiques solides et liquides.
          -   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.

 

 

 

 

Burette

Graduée

 

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 (CH12O6) = 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
          -   Schématisation des différentes étapes :

Protocole 

Fiole jaugée de 100 mL

 

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.
           -         
          -   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 (A) = C1 . V1  (1)
          -   la quantité de matière de soluté présente dans la solution fille  : n (A) = C2 . V2  (2)
          -   Conséquence :
          -   Avec obligatoirement V1 < V2 .
          -   Le facteur de dilution facteur de dilution, F est toujours supérieur à 1.

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 = 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 :

 

          -   Si on note n la quantité de matière de soluté utilisé :
            -      
          -   Matériel :
          -   Récipient : bécher ou erlenmeyer.
          -   Matériel permettant la mesure précise de volumes :
          -   Une pipette jaugée de 10 mL munie de sa propipette.
          -   Une fiole jaugée de 200 mL
          -   Pipette simple pour ajuster le volume.
          -   Solutions : solution mère et pissette d’eau distillée.
*     Mode opératoire :
          -   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 munie 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.
          -   Schématisation des différentes étapes :

Première étape :

Verser suffisamment de 

solution Mère dans un bécher

Deuxième étape :

On prélève le volume nécessaire de solution Mère à l’aide d’une pipette jaugée munie de sa propipette

Troisième étape :

On verse le volume nécessaire de solution dans la fiole jaugée de volume approprié..

On ne pipette jamais directement dans le flacon qui contient la solution Mère

Quatrième étape :

On ajoute de l’eau distillée et on agite, mélanger et homogénéiser

Cinquième étape :

On complète avec une pissette d’eau distillée jusqu’au trait de jauge.

Sixième étape :

on agite pour homogénéiser.  La solution est prête.

 

IV- Applications.

1)- QCM : Pour chaque question, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s).

QCM 01 Questy pour s'auto-évaluer.

QCM Sous forme de tableau 01

QCM 02 Questy pour s'auto-évaluer

QCM sous forme de tableau 02

QCM sur la quantité de matière et les solutions :Sous forme de tableau

Questionnaire Questy our s'auto-évaluer

 

2)- Exercices : Exercices   énoncé avec correction

a)-  Exercice 1 : Connaître les constituants d’une solution.

b)-  Exercice 3 : Calculer une concentration massique.

c)-  Exercice 5 : Calculer une concentration molaire.

d)-  Exercice 8 : Préparer une solution par dissolution.

e)-  Exercice 12 : Solution aqueuse pour décontamination de lentilles de contact.

f)-   Exercice 13 : à boire avec modération.

g)-  Exercice 15 : diluer un berlingot d’eau de Javel.

h)-  Exercice 17 : L’arnica : un médicament homéopathique.

i)-   Exercice 19 : Solution de Dakin.