Karamö, le prof virtuelLeçon 1 sur 26
Les solutions aqueuses
Je sais reconnaître le solvant et le soluté d'une solution aqueuse, calculer sa concentration massique et sa concentration molaire, et préparer une solution ou la diluer.
- 50 min
- 5 exercices corrigés
- 1 schéma
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir solution, solvant, soluté, solution aqueuse et solution saturée
- Calculer une concentration massique et une concentration molaire, et passer de l'une à l'autre
- Calculer la masse de soluté à peser pour préparer une solution donnée
- Utiliser la relation de dilution C₁V₁ = C₂V₂
Avant de commencer : La mole et la masse molaire (chimie quantitative de 9e), les conversions de volumes (L, mL, cm³) et le mélange de l'eau avec d'autres corps (dissolution) vu en 9e.
1Je découvre
À Kankan, Kadiatou prépare du jus de bissap pour la fête de fin d'année de son école. Elle fait infuser les fleurs d'oseille rouge, filtre, puis ajoute du sucre et remue. Le sucre disparaît peu à peu : on ne le voit plus, mais le jus est devenu sucré.
Sa tante lui dit : « Pour 5 litres, mets 1 kilo de sucre, pas plus. » Son cousin Sékou, lui, a préparé 2 litres de jus avec 500 g de sucre. Les enfants trouvent le jus de Sékou plus sucré. Pourtant Kadiatou a mis deux fois plus de sucre !
Au centre de santé de son quartier, l'infirmière prépare aussi des mélanges très précis : la solution de réhydratation donnée aux personnes qui ont la diarrhée doit contenir une quantité exacte de sel et de sucre par litre. Trop peu, elle ne soigne pas ; trop, elle peut être dangereuse.
Ce qui compte n'est donc pas seulement la quantité de sucre ou de sel, mais la quantité par litre de mélange.
Qu'est-ce qu'une solution aqueuse, et comment mesurer et contrôler la quantité de matière dissoute dans un litre ?
2Je comprends
1. Solvant, soluté, solution
Quand on met du sucre dans l'eau et qu'il disparaît, on dit qu'il se dissout. On obtient un mélange homogène : on ne distingue plus les constituants à l'œil nu, et chaque goutte a la même composition.
- Le soluté est l'espèce chimique qui est dissoute (le sucre, le sel). Il peut être solide, liquide ou gazeux.
- Le solvant est le liquide qui dissout le soluté ; il est en général en plus grande quantité.
- La solution est le mélange homogène obtenu : solution = solvant + soluté(s).
- Une solution aqueuse est une solution dont le solvant est l'eau. Exemples : eau salée, eau sucrée, jus de citron, vinaigre, eau de Javel, eau de chaux.
Une solution peut contenir plusieurs solutés : l'eau de mer contient du chlorure de sodium, mais aussi d'autres sels. La solution de réhydratation orale contient du sel et du sucre.
Attention : un mélange d'eau et de sable, ou d'eau et d'huile, n'est pas une solution, car il est hétérogène (on voit deux phases).
2. La dissolution et la saturation
La masse se conserve lors d'une dissolution : si tu dissous 10 g de sel dans 200 g d'eau, la solution pèse 210 g. Le soluté n'a pas disparu, il est dispersé dans le solvant.
On ne peut pas dissoudre une quantité illimitée de soluté. À 20 °C, on peut dissoudre environ 360 g de sel de cuisine dans un litre d'eau. Au-delà, le sel ajouté reste au fond du récipient. La solution est alors saturée.
- La solubilité d'un soluté est la masse maximale de ce soluté que l'on peut dissoudre dans un litre de solvant, à une température donnée.
- Une solution saturée contient la quantité maximale de soluté qu'elle peut dissoudre : tout ajout reste non dissous.
La solubilité dépend de la température : pour le sucre et la plupart des solides, elle augmente quand on chauffe. C'est pourquoi on dissout mieux le sucre dans le thé chaud que dans l'eau froide.
3. La concentration massique
Pour comparer le jus de Kadiatou et celui de Sékou, on calcule la masse de sucre par litre de solution.
La concentration massique Cm d'un soluté est la masse de soluté dissous par litre de solution :
Cm = mV avec m en grammes (g), V en litres (L), et Cm en grammes par litre (g/L).
- Jus de Kadiatou : Cm = 10005 = 200 g/L.
- Jus de Sékou : Cm = 5002 = 250 g/L.
Le jus de Sékou est bien le plus concentré en sucre, même s'il contient moins de sucre au total.
4. La concentration molaire
En chimie, on compte souvent la matière en moles. On rappelle : n = mM, avec n la quantité de matière (mol), m la masse (g) et M la masse molaire (g/mol).
La concentration molaire C d'un soluté est la quantité de matière de soluté dissous par litre de solution :
C = nV avec n en mol, V en L, et C en mol/L.
Les deux concentrations sont liées par la masse molaire du soluté :
Cm = C × M ou encore C = CmM.
Masses molaires atomiques utiles (g/mol) : H = 1 ; C = 12 ; O = 16 ; Na = 23 ; Cl = 35,5 ; K = 39.
Méthode
Pour calculer une concentration :
- Je repère la masse m de soluté et le volume V de SOLUTION, et je convertis V en litres (250 mL = 0,250 L).
- Pour la concentration massique : Cm = m / V (en g/L).
- Pour la concentration molaire : je calcule la masse molaire M du soluté, puis n = m / M, puis C = n / V (en mol/L).
- Je vérifie avec la relation Cm = C × M.
- J'écris le résultat avec son unité.
Exemple
Aïssatou dissout 11,7 g de chlorure de sodium (NaCl) dans de l'eau et complète à 500 mL de solution. Calculer Cm et C.
Conversion : V = 500 mL = 0,500 L.
Concentration massique : Cm = m / V = 11,7 / 0,500 = 23,4 g/L.
Masse molaire : M(NaCl) = 23 + 35,5 = 58,5 g/mol.
Quantité de matière : n = m / M = 11,7 / 58,5 = 0,200 mol.
Concentration molaire : C = n / V = 0,200 / 0,500 = 0,400 mol/L.
Vérification : C × M = 0,400 × 58,5 = 23,4 g/L. C'est bien Cm.
5. Préparer une solution de concentration donnée
Au laboratoire, on prépare une solution avec une fiole jaugée : un récipient dont le trait de jauge indique un volume très précis (100 mL, 250 mL, 500 mL…).
- 1Calculer la masse de soluté à peser : m = C × V × M.
- 2Peser cette masse sur une balance, dans une coupelle.
- 3Verser le solide dans la fiole jaugée à l'aide d'un entonnoir, puis rincer la coupelle et l'entonnoir avec de l'eau distillée.
- 4Remplir la fiole aux trois quarts avec de l'eau distillée et agiter jusqu'à dissolution complète.
- 5Compléter avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge, en finissant goutte à goutte.
- 6Boucher la fiole et la retourner plusieurs fois pour homogénéiser.
Exemple
Mariama veut préparer 250 mL d'une solution de glucose (C₆H₁₂O₆) de concentration 0,10 mol/L. Quelle masse de glucose doit-elle peser ?
Masse molaire : M = 6 × 12 + 12 × 1 + 6 × 16 = 72 + 12 + 96 = 180 g/mol.
Volume : V = 250 mL = 0,250 L.
Quantité de matière : n = C × V = 0,10 × 0,250 = 0,025 mol.
Masse à peser : m = n × M = 0,025 × 180 = 4,5 g.
Elle pèse 4,5 g de glucose, les dissout et complète à 250 mL.
6. La dilution
Diluer une solution, c'est lui ajouter du solvant (de l'eau) : la quantité de soluté ne change pas, mais le volume augmente, donc la concentration diminue.
La solution de départ est la solution mère (concentration C1, volume prélevé V1) ; la solution obtenue est la solution fille (concentration C2, volume final V2). Comme la quantité de soluté est conservée : n = C1 × V1 = C2 × V2.
Relation de dilution : C1 V1 = C2 V2.
Exemple
On prélève 20 mL d'une solution de sucre à 0,50 mol/L et on complète avec de l'eau jusqu'à 100 mL. Quelle est la nouvelle concentration ?
C₁ = 0,50 mol/L ; V₁ = 20 mL ; V₂ = 100 mL.
C₂ = C₁ × V₁ / V₂ = 0,50 × 20 / 100 = 0,10 mol/L.
La solution est 5 fois moins concentrée, car le volume a été multiplié par 5.
Dans la relation de dilution, V1 et V2 peuvent rester en mL, à condition d'utiliser la même unité pour les deux.
3Je retiens
Je retiens
Solution = solvant + soluté(s) ; c'est un mélange homogène. Solution aqueuse : le solvant est l'eau.
Solubilité : masse maximale de soluté dissoute par litre de solvant à une température donnée ; au-delà, la solution est saturée.
Concentration massique : Cm = m / V (g/L).
Concentration molaire : C = n / V (mol/L), avec n = m / M.
Relation entre les deux : Cm = C × M.
Masse à peser pour préparer une solution : m = C × V × M.
Dilution : la quantité de soluté se conserve, C₁V₁ = C₂V₂ ; la concentration diminue.
4Erreurs fréquentes
- Oublier de convertir le volume en litres : 250 mL = 0,250 L, et non 250 L. Avec 250, on trouve une concentration 1 000 fois trop petite.
- Confondre le volume de solvant et le volume de solution : la concentration se calcule avec le volume final de SOLUTION.
- Confondre Cm (en g/L) et C (en mol/L) : toujours écrire l'unité, elle indique de quelle concentration il s'agit.
- Croire que la dilution enlève du soluté : on ajoute seulement de l'eau, la quantité de soluté reste la même.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Pour chaque mélange, indique s'il s'agit d'une solution aqueuse ; si oui, nomme le solvant et le soluté.
a) Eau + sucre, bien remué.
b) Eau + sable.
c) Eau + sel de cuisine, bien remué.
d) Eau + huile de palme.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Oui : le solvant est l'eau, le soluté est le sucre. Le mélange est homogène.
b) Non : le sable ne se dissout pas, le mélange est hétérogène.
c) Oui : le solvant est l'eau, le soluté est le chlorure de sodium (sel de cuisine).
d) Non : l'huile ne se mélange pas à l'eau, on voit deux couches ; le mélange est hétérogène.
2Exercice 2
Ousmane dissout 15 g de sucre dans de l'eau et obtient 250 mL de solution. Calcule la concentration massique en sucre.
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V = 250 mL = 0,250 L. Cm = mV = 150,250 = 60 g/L.
3Exercice 3
On dissout 4,0 g d'hydroxyde de sodium (NaOH) dans de l'eau pour obtenir 200 mL de solution.
a) Calcule la masse molaire de NaOH.
b) Calcule la quantité de matière de NaOH dissoute.
c) Calcule la concentration molaire de la solution.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) M(NaOH) = 23 + 16 + 1 = 40 g/mol.
b) n = mM = 4,040 = 0,10 mol.
c) V = 200 mL = 0,200 L. C = nV = 0,100,200 = 0,50 mol/L.
4Exercice 4
Au laboratoire du lycée de Labé, on veut préparer 500 mL d'une solution de chlorure de potassium (KCl) de concentration 0,20 mol/L.
a) Calcule la masse de KCl à peser.
b) Décris la préparation en quatre étapes.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) M(KCl) = 39 + 35,5 = 74,5 g/mol. V = 0,500 L.
n = C × V = 0,20 × 0,500 = 0,10 mol, donc m = n × M = 0,10 × 74,5 = 7,45 g.
b) On pèse 7,45 g de KCl ; on les introduit dans une fiole jaugée de 500 mL avec un entonnoir, en rinçant ; on remplit aux trois quarts d'eau distillée et on agite jusqu'à dissolution ; on complète jusqu'au trait de jauge, on bouche et on homogénéise.
5Exercice 5
(Type BEPC) Hawa dissout 5,85 g de chlorure de sodium dans de l'eau et complète à 500 mL.
a) Calcule la concentration massique de la solution obtenue.
b) Calcule sa concentration molaire.
c) Elle prélève 50 mL de cette solution et ajoute de l'eau jusqu'à obtenir 200 mL. Comment s'appelle cette opération ? Calcule la concentration molaire de la nouvelle solution.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) V = 0,500 L. Cm = 5,850,500 = 11,7 g/L.
b) M(NaCl) = 23 + 35,5 = 58,5 g/mol. n = 5,8558,5 = 0,100 mol. C = 0,1000,500 = 0,200 mol/L.
Vérification : C × M = 0,200 × 58,5 = 11,7 g/L.
c) C'est une dilution. La quantité de soluté se conserve : C1 V1 = C2 V2.
C2 = C1 × V1V2 = 0,200 × 50200 = 0,050 mol/L.
La solution fille est 4 fois moins concentrée, car le volume a été multiplié par 4.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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