Karamö, le prof virtuelLeçon 2 sur 26
Les types de solutions aqueuses
Je sais distinguer une solution moléculaire d'une solution ionique, écrire l'équation de dissolution d'un composé ionique et calculer la concentration de chaque ion.
- 50 min
- 5 exercices corrigés
- 1 schéma
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Classer les solutions aqueuses selon la nature du soluté (moléculaire ou ionique)
- Relier la conduction du courant à la présence d'ions
- Écrire l'équation de dissolution d'un composé ionique en respectant l'électroneutralité
- Calculer la concentration molaire de chaque ion en solution
Avant de commencer : La leçon « Les solutions aqueuses » (soluté, solvant, concentrations), les ions et le courant électrique dans les électrolytes vus en 9e.
1Je découvre
Ibrahima habite à Boffa, en Basse-Guinée. Pendant les vacances, il aide sa tante qui produit du sel à partir de l'eau de mer : on fait évaporer l'eau salée et il reste des cristaux blancs.
Un jour, son cousin Lansana, apprenti électricien, le met en garde : « Ne touche jamais un fil électrique avec les mains mouillées d'eau de mer. L'eau salée conduit très bien le courant. » Ibrahima s'étonne : « Et l'eau sucrée de mon thé, elle conduit aussi ? »
Au lycée, le professeur de chimie fait l'expérience devant la classe. Il plonge deux plaques métalliques reliées à une pile et à une petite lampe dans trois béchers. Avec l'eau distillée, la lampe reste éteinte. Avec l'eau très sucrée, la lampe reste éteinte. Avec l'eau salée, la lampe s'allume aussitôt.
Le sel et le sucre se dissolvent pourtant tous les deux dans l'eau et donnent des liquides transparents.
Pourquoi certaines solutions aqueuses conduisent-elles le courant et d'autres non ? Quels sont les différents types de solutions aqueuses ?
2Je comprends
1. Ce qui se passe quand un soluté se dissout
Pour qu'une solution conduise le courant électrique, il faut qu'elle contienne des porteurs de charges capables de se déplacer. Dans un métal, ce sont les électrons. Dans une solution, ce sont les ions : des atomes ou groupes d'atomes qui ont perdu ou gagné des électrons (tu les as étudiés en 9e).
Selon la nature du soluté, la dissolution donne des molécules ou des ions. On distingue donc deux grands types de solutions aqueuses.
2. Les solutions moléculaires
Le sucre (saccharose, C12H22O11) est formé de molécules. Quand il se dissout, les molécules se dispersent dans l'eau, mais elles restent entières et neutres électriquement.
Une solution moléculaire est une solution dont le soluté est dispersé sous forme de molécules. Elle ne contient pratiquement pas d'ions et ne conduit pas (ou presque pas) le courant électrique.
Exemples : eau sucrée, solution de glucose (C6H12O6), mélange d'eau et d'éthanol (l'alcool, C2H6O), solution d'urée.
3. Les solutions ioniques (ou électrolytiques)
Le sel de cuisine, le chlorure de sodium, est un composé ionique : le cristal est formé d'ions sodium Na^+ et d'ions chlorure Cl^-, empilés en alternance. Dans l'eau, les molécules d'eau entourent les ions et les séparent : les ions se dispersent dans toute la solution.
NaCl → Na^+ + Cl^-
Une solution ionique (ou solution électrolytique, ou électrolyte) est une solution qui contient des ions. Elle conduit le courant électrique : sous l'effet de la pile, les ions positifs (cations) se déplacent dans un sens et les ions négatifs (anions) dans l'autre.
Exemples : eau salée, eau de mer, solution de sulfate de cuivre, solution d'hydroxyde de sodium (soude), acide chlorhydrique, eau de chaux.
Un cas particulier : le chlorure d'hydrogène HCl est un gaz formé de molécules, mais en se dissolvant dans l'eau il réagit avec elle et donne des ions : HCl + H2O → H3O^+ + Cl^-. On obtient une solution ionique, l'acide chlorhydrique. Un soluté moléculaire peut donc parfois donner une solution ionique.
- Soluté dispersé en molécules
- Ne conduit pas le courant
- Exemple : eau sucrée
- Glucose, éthanol, urée
- Soluté dispersé en ions
- Conduit le courant
- Exemple : eau salée
- NaCl, CuSO₄, NaOH, HCl
4. L'équation de dissolution et l'électroneutralité
Une solution est toujours électriquement neutre : il y a autant de charges positives que de charges négatives. Pour écrire l'équation de dissolution d'un composé ionique, on doit donc équilibrer à la fois les atomes et les charges.
| Composé | Formule | Équation de dissolution |
|---|---|---|
| Chlorure de sodium | NaCl | NaCl → Na^+ + Cl^- |
| Sulfate de cuivre | CuSO4 | CuSO4 → Cu2+ + SO42- |
| Chlorure de calcium | CaCl2 | CaCl2 → Ca2+ + 2Cl^- |
| Sulfate de sodium | Na2SO4 | Na2SO4 → 2Na^+ + SO42- |
| Chlorure de fer III | FeCl3 | FeCl3 → Fe3+ + 3Cl^- |
| Hydroxyde de sodium | NaOH | NaOH → Na^+ + OH^- |
Vérifie les charges dans CaCl2 : un ion Ca2+ apporte +2, deux ions Cl^- apportent 2 × (-1) = -2. Total : 0.
Méthode
Pour écrire une équation de dissolution et trouver la concentration des ions :
- J'identifie le cation et l'anion du composé, avec leurs charges.
- J'écris les nombres d'ions indiqués par les indices de la formule (Na₂SO₄ donne 2 Na⁺ et 1 SO₄²⁻).
- Je vérifie que la somme des charges des ions est nulle.
- Pour une concentration C du composé dissous, chaque ion a pour concentration : (son nombre dans l'équation) × C.
5. Concentration des ions en solution
Quand on dissout une mole de CaCl2, on obtient une mole d'ions Ca2+ et deux moles d'ions Cl^-. Si la concentration de la solution en chlorure de calcium est C, alors :
[Ca2+] = C et [Cl^-] = 2C.
La notation entre crochets [X] désigne la concentration molaire de l'ion X dans la solution.
Exemple
On dissout 11,1 g de chlorure de calcium (CaCl₂) dans de l'eau pour obtenir 500 mL de solution. Calculer la concentration de la solution et celle de chaque ion. (Ca = 40 ; Cl = 35,5)
M(CaCl₂) = 40 + 2 × 35,5 = 40 + 71 = 111 g/mol.
n = m / M = 11,1 / 111 = 0,100 mol.
C = n / V = 0,100 / 0,500 = 0,200 mol/L.
Équation : CaCl₂ → Ca²⁺ + 2 Cl⁻.
[Ca²⁺] = C = 0,200 mol/L ; [Cl⁻] = 2 × 0,200 = 0,400 mol/L.
Vérification de la neutralité : 2 × 0,200 = 0,400 charges positives pour 1 × 0,400 = 0,400 charges négatives (en mol/L). Juste.
Exemple
Une solution de sulfate d'aluminium Al₂(SO₄)₃ a une concentration de 0,050 mol/L. Calculer les concentrations des ions.
Équation : Al₂(SO₄)₃ → 2 Al³⁺ + 3 SO₄²⁻.
Vérification des charges : 2 × (+3) + 3 × (−2) = 6 − 6 = 0.
[Al³⁺] = 2 × 0,050 = 0,10 mol/L ; [SO₄²⁻] = 3 × 0,050 = 0,15 mol/L.
6. Autres façons de classer les solutions
- Selon la couleur : la plupart des ions sont incolores (Na^+, K^+, Cl^-, SO42-…). Certains colorent la solution : l'ion cuivre Cu2+ la rend bleue, l'ion fer II Fe2+ vert pâle, l'ion fer III Fe3+ jaune orangé, l'ion permanganate MnO4^- violet.
- Selon la concentration : solution diluée (peu de soluté), concentrée (beaucoup de soluté), saturée (le maximum possible).
- Selon l'acidité : solutions acides (jus de citron, vinaigre), neutres (eau salée, eau sucrée) et basiques (eau de savon, eau de chaux). C'est l'objet de la leçon suivante.
3Je retiens
Je retiens
Solution moléculaire : le soluté est dispersé en molécules neutres ; elle ne conduit pas le courant (eau sucrée).
Solution ionique ou électrolyte : elle contient des ions (cations + et anions −) ; elle conduit le courant (eau salée).
Une solution est toujours électriquement neutre.
Équation de dissolution : on équilibre les atomes ET les charges (CaCl₂ → Ca²⁺ + 2 Cl⁻).
Concentration d'un ion = (nombre de cet ion dans l'équation) × concentration du composé dissous.
Ions colorés à connaître : Cu²⁺ bleu, Fe²⁺ vert pâle, Fe³⁺ jaune orangé, MnO₄⁻ violet.
4Erreurs fréquentes
- Écrire CaCl₂ → Ca²⁺ + Cl₂⁻ : l'indice 2 indique deux ions chlorure séparés, on écrit 2 Cl⁻.
- Oublier le coefficient pour la concentration : dans Na₂SO₄ à 0,1 mol/L, [Na⁺] vaut 0,2 mol/L et non 0,1 mol/L.
- Croire que toute solution transparente est moléculaire : l'eau salée est incolore et pourtant ionique.
- Penser que l'eau pure conduit bien le courant : l'eau distillée conduit très mal ; c'est la présence d'ions dissous qui rend l'eau conductrice.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Classe les solutions suivantes en solutions moléculaires ou ioniques : eau sucrée, eau de mer, solution de glucose, solution de sulfate de cuivre, mélange eau-éthanol, solution d'hydroxyde de sodium.
Voir le corrigéCacher le corrigé
Solutions moléculaires : eau sucrée, solution de glucose, mélange eau-éthanol. Solutions ioniques : eau de mer, solution de sulfate de cuivre, solution d'hydroxyde de sodium.
2Exercice 2
Écris l'équation de dissolution dans l'eau des composés suivants et vérifie l'électroneutralité : a) chlorure de potassium KCl ; b) chlorure de magnésium MgCl2 ; c) sulfate de fer III Fe2(SO4)3.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) KCl → K^+ + Cl^-. Charges : +1 - 1 = 0.
b) MgCl2 → Mg2+ + 2Cl^-. Charges : +2 + 2 × (-1) = 0.
c) Fe2(SO4)3 → 2Fe3+ + 3SO42-. Charges : 2 × (+3) + 3 × (-2) = 6 - 6 = 0.
3Exercice 3
Une solution de sulfate de sodium Na2SO4 a une concentration de 0,20 mol/L. Calcule la concentration des ions sodium et des ions sulfate.
Voir le corrigéCacher le corrigé
Na2SO4 → 2Na^+ + SO42-.
[Na^+] = 2 × 0,20 = 0,40 mol/L ; [SO42-] = 0,20 mol/L.
4Exercice 4
Fatoumata réalise le montage suivant : une pile, une lampe et deux électrodes plongées dans un bécher. Avec l'eau distillée, la lampe ne s'allume pas. Elle ajoute du sucre : la lampe reste éteinte. Elle vide le bécher, remet de l'eau distillée et ajoute du sel : la lampe s'allume.
a) Explique chacune de ces observations.
b) Quel est le rôle des ions dans la dernière expérience ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) L'eau distillée ne contient presque pas d'ions : elle ne conduit pas, la lampe reste éteinte. Le sucre donne une solution moléculaire : pas d'ions, la lampe reste éteinte. Le sel donne une solution ionique contenant des ions Na^+ et Cl^- : la solution conduit, la lampe s'allume.
b) Les ions sont les porteurs de charges : les cations Na^+ se déplacent vers une électrode et les anions Cl^- vers l'autre ; ce déplacement constitue le courant électrique dans la solution.
5Exercice 5
(Type BEPC) On dissout 15,95 g de sulfate de cuivre anhydre CuSO4 dans de l'eau pour obtenir 500 mL de solution. On donne : Cu = 63,5 ; S = 32 ; O = 16.
a) Quelle est la couleur de la solution ? Quel ion en est responsable ?
b) Cette solution conduit-elle le courant ? Justifie.
c) Écris l'équation de dissolution.
d) Calcule la concentration molaire de la solution, puis celle de chaque ion.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) La solution est bleue ; c'est l'ion cuivre II Cu2+ qui lui donne cette couleur.
b) Oui, car elle contient des ions (Cu2+ et SO42-) : c'est une solution ionique.
c) CuSO4 → Cu2+ + SO42-.
d) M(CuSO4) = 63,5 + 32 + 4 × 16 = 63,5 + 32 + 64 = 159,5 g/mol.
n = 15,95159,5 = 0,100 mol ; V = 0,500 L ; C = 0,1000,500 = 0,200 mol/L.
[Cu2+] = [SO42-] = 0,200 mol/L.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
Choisis une réponse pour chaque question : la correction s’affiche aussitôt.
Crée ton compte élève gratuit pour cocher les leçons terminées, suivre ta progression et gagner des points au QCM.
