Les molécules et les solutions Les molécules et les ions

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1 Chapitre 2 Les molécules et les solutions Les molécules et les ions PAGES 40 À 48 En théorie 1. Que suis-je? Pour répondre à certaines des questions qui suivent, vous aurez besoin du tableau périodique qui se trouve à l intérieur de la couverture avant de ce cahier. Ion Liaison chimique Atome Ion polyatomique Molécule a) Je suis un ensemble de deux ou de plusieurs atomes liés chimiquement. b) Je suis un atome dont le nombre d électrons est différent du nombre de protons. c) Je suis un groupe de deux atomes ou plus liés chimiquement et portant une charge électrique à la suite de la perte ou du gain d un ou de plusieurs électrons. d) J ai tendance à me lier à mes semblables pour acquérir une configuration électronique semblable à celle des gaz nobles. e) Je suis l union de deux atomes à la suite du transfert ou du partage d un ou de plusieurs électrons. Molécule. Ion. Ion polyatomique. Atome. Liaison chimique. 2. Complétez le tableau suivant en indiquant les caractéristiques des ions positifs et des ions négatifs. Ion négatif Ion positif Gain ou perte d électrons Gain Perte Nombre d électrons par rapport au nombre de protons Supérieur Inférieur Bilan des charges Négatif Positif Chapitre 2 25

2 3. Complétez le tableau suivant en indiquant, selon le cas, la formule chimique ou le nom des ions polyatomiques. Formule chimique CH 3 COO OH Nom Acétate Formule chimique NH 4 Hydroxyde PO 4 3 Nom Ammonium Phosphate NO 2 Nitrite NO 3 Nitrate SO 3 2 Sulfite SO 4 2 Sulfate CO 3 2 Carbonate HCO 3 Bicarbonate CIO 3 CrO 2 Chlorate 4 Chromate 4. Le tableau ci-après résume certaines caractéristiques des ions des éléments du groupe A du tableau périodique. Complétez ce tableau : a) En indiquant le nombre d électrons de valence de chaque famille d éléments; b) En précisant la tendance de chaque famille à gagner ou à perdre des électrons; c) En donnant un exemple d ions formés dans les quatre premières périodes du tableau périodique. I A (alcalins) II A (alcalinoterreux) III A IV A V A VI A VII A (halogènes) VIII A (gaz nobles) Nombre d électrons de valence Tendance (sauf He) Gagner Ni gain, Perdre Perdre Perdre ou Gagner Gagner Gagner 2 e 1 e ni perte 1 e 3 e perdre 3 e 2 e (stable) 4e Exemple d ions formés Li Na K Be 2 Mg 2 Ca 2 B 3 Al 3 Ga 3 C 4, C 4 Si 4, Si 4 Ge 4 N 3 P 3 As 3 O 2 S 2 Se 2 F He 26 Cahier d activités ST-

3 5. Qu est-ce qui distingue une liaison ionique d une liaison covalente? Une liaison ionique est le résultat du transfert d un ou de plusieurs électrons d un atome (généralement un métal) à un autre atome (généralement un non-métal), tandis qu une liaison covalente est le résultat du partage d une ou de plusieurs paires d électrons entre deux atomes (généralement deux non-métaux). En pratique 6. Pourquoi certains atomes ont-ils tendance à se lier avec d autres atomes? Pour acquérir une configuration électronique semblable à celle d un gaz noble, ce qui les rend plus stables. 7. a) Qu est-ce que la règle de l octet? Les éléments cherchent à acquérir la configuration électronique du gaz noble situé le plus près d eux dans le tableau périodique, en gagnant ou en perdant un ou plusieurs électrons. Comme tous les gaz nobles (à l exception de l hélium) possèdent huit électrons de valence, on dit que les éléments suivent la règle de l octet. b) Dans le cas du lithium, du béryllium et du bore, on parle plutôt de la règle du doublet. Expliquez pourquoi. Ces éléments suivent la règle du doublet parce qu ils cherchent à acquérir une configuration électronique semblable à celle de l hélium, qui possède une seule couche électronique de deux électrons de valence. 8. Pourquoi un atome qui gagne un ou plusieurs électrons a-t-il une charge négative? Parce qu il possède alors plus d électrons que de protons et que la charge électrique de l électron est négative. 9. Indiquez la formule chimique des ions formés dans les situations suivantes. a) Un atome de calcium qui perd d) Un atome de potassium qui deux électrons. Ca 2 perd un électron. b) Un atome de phosphore qui e) Un atome de soufre qui gagne trois électrons. P 3 gagne deux électrons. c) Un atome de chlore qui gagne f) Un atome de magnésium qui un électron. Cl perd deux électrons. K S 2 Mg 2 Chapitre 2 27

4 10. Indiquez si les représentations suivantes correspondent à un atome, à un ion positif ou à un ion négatif, puis indiquez la formule chimique de l atome ou de l ion représenté. a) d) Représentation d un ion positif. Représentation d un Mg 2 Formule chimique : Formule chimique : ion négatif. Cl b) e) ion négatif. Représentation d un Représentation d un F Formule chimique : Formule chimique : atome. C c) f) Représentation d un atome. Représentation d un Formule chimique : P Formule chimique : 11. Reliez les ions de la colonne de gauche avec ceux de la colonne de droite de façon à former une liaison chimique électriquement neutre. (Ils peuvent être liés à plus d un autre ion.) B 3+ 2 O 2 C 4+ N 3 K + SO H + OH Mg 2+ Cl NH 4 + O 2 ion positif. K 28 Cahier d activités ST-

5 12. a) À l aide de la notation de Lewis, représentez dans l encadré ci-contre la liaison chimique d un atome de calcium avec deux atomes de fluor. b) S agit-il d une liaison ionique ou d une liaison covalente? Expliquez votre réponse. Il s agit d une liaison ionique parce que deux électrons ont été transférés d un atome (ou d un métal) à un autre (ou à un non-métal). F Ca 2+ F 13. a) À l aide de la notation de Lewis, représentez dans l encadré ci-contre la liaison chimique de deux atomes de chlore. b) S agit-il d une liaison ionique ou d une liaison covalente? Expliquez votre réponse. Cl Cl Il s agit d une liaison covalente parce que deux atomes (ou deux non-métaux) partagent une paire d électrons. 14. a) À l aide de la notation de Lewis, représentez dans l encadré ci-contre la liaison chimique d un atome de soufre avec deux atomes de brome. b) S agit-il d une liaison ionique ou d une liaison covalente? Expliquez votre réponse. Il s agit d une liaison covalente parce que l atome de soufre (non-métal) partage un électron avec chaque atome de brome (non-métal). Br S Br 15. Nommez le type de liaison qui unit les atomes des molécules suivantes. a) H 2 O : Liaison covalente. d) NaCl : Liaison ionique. b) LiBr : Liaison ionique. e) CH 4 : Liaison covalente. c) I 2 : Liaison covalente. f) NaBr : Liaison ionique. 16. Parmi les molécules suivantes, faites une croix (X) sur celles qui ne peuvent pas exister, puis expliquez votre réponse. Kl NaK MgS LiNe NH 3 H 2 SO 4 Les molécules NaK et LiNe ne peuvent pas exister. La molécule NaK ne peut pas exister parce qu il s agit de deux donneurs d électrons. La molécule LiNe ne peut pas exister parce que le néon est un gaz noble. Il n a donc pas tendance à réagir avec d autres atomes. Chapitre 2 29

6 Les règles d écriture et de nomenclature En théorie PAGES 48 À 50 Pour répondre à certaines des questions qui suivent, vous aurez besoin du tableau périodique qui se trouve à l intérieur de la couverture avant de ce cahier. 1. À quoi servent les règles d écriture et de nomenclature? Les règles d écriture et de nomenclature permettent de nommer plusieurs substances. Elles permettent aussi de connaître les éléments qui constituent ces substances, ainsi que leurs proportions. 2. a) Qu est-ce qu une formule chimique? La représentation symbolique d une molécule. b) Quelles sont les trois règles à suivre pour écrire la formule chimique d une molécule? Trouver le symbole chimique de chacun des éléments qui composent la molécule. Déterminer l ordre d écriture des symboles chimiques. Si une molécule binaire comporte un métal et un non-métal, on écrit toujours le symbole chimique du métal en premier. Dans les autres cas, on écrit les symboles chimiques selon l ordre suivant: B, Ge, Si, C, Sb, As, P, N, H, Te, Se, S, I, Br, Cl, O et F. Ajouter, s il y a lieu, des indices précisant le nombre d atomes de chaque élément. Les indices sont placés en bas et à droite du symbole de l élément auquel ils se rapportent. 3. a) De combien d éléments est composée une molécule binaire? Une molécule binaire est composée de deux éléments. b) Dans quel ordre faut-il appliquer les règles de nomenclature suivantes pour nommer une molécule binaire? Inscrivez dans chacune des cases le chiffre approprié (de 1 à 5), sachant que 1 représente la première étape. A. Nommer le premier élément. B. Modifier le nom du second élément. C. Ajouter, s il y a lieu, un ou des préfixes pour préciser le nombre d atomes de chaque élément. D. Faire suivre le nom du second élément modifié par le déterminant «de». E. Nommer le second élément Cahier d activités ST-

7 4. Complétez le tableau suivant en indiquant, selon le cas, le nom de l élément ou le nom utilisé dans la nomenclature lorsque cet élément fait partie d une molécule binaire. Nom de l élément Azote Brome Nom utilisé dans la nomenclature Nitrure Bromure Nom de l élément Hydrogène Iode Nom utilisé dans la nomenclature Hydrure Iodure Carbone Carbure Oxygène Oxyde Chlore Chlorure Phosphore Phosphure Fluor Fluorure Soufre Sulfure 5. Complétez le tableau suivant en indiquant les préfixes utilisés pour préciser le nombre d atomes d un élément dans une molécule binaire. Nombre d atomes Préfixe Nombre d atomes Préfixe Un Mono Six Hexa Deux Di Sept Hepta Trois Tri Huit Octa Quatre Tétra Neuf Nona Cinq Penta Dix Déca En pratique 6. Vrai ou faux? Lorsqu un énoncé est faux, rectifiez-le. a) Pour écrire la formule chimique d une molécule, il faut trouver le symbole chimique de tous les éléments qui la composent. Vrai. b) Si une molécule binaire comporte un métal et un non-métal, on écrit toujours le symbole chimique du non-métal en premier. Faux. On écrit toujours le symbole du métal en premier lorsqu une molécule binaire comporte un métal et un non-métal. c) Lorsqu une molécule ne comporte qu un seul atome d un élément, on doit mettre l indice «1». Faux. On n a pas à mettre l indice «1» lorsqu il n y a qu un seul atome d un élément. Chapitre 2 31

8 7. Écrivez la formule chimique qui correspond à la liaison des éléments suivants, puis expliquez la façon dont vous avez procédé. MgCl a) Le chlore et le magnésium. Formule chimique : 2 Le magnésium est un métal, on écrit donc son symbole en premier. Le Mg Explication : a tendance à donner deux électrons. Le Cl a tendance à gagner un électron. Il faut donc compter deux atomes de Cl pour chaque atome de Mg. CO b) Le carbone et l oxygène. Formule chimique : 2 Aucun des deux éléments n est un métal. Le symbole du carbone doit se Explication : placer en premier selon l ordre conventionnel. Le C a tendance à gagner ou à donner quatre électrons. L oxygène cherche à acquérir deux électrons. Il faut donc compter deux atomes de O pour chaque atome de C. Na c) Le soufre et le sodium. Formule chimique : 2 S Le sodium est un métal, on écrit donc son symbole en premier. Le S Explication : cherche à gagner deux électrons. Le Na tend à donner un électron. Il faut donc compter deux atomes de Na pour chaque atome de S. NH d) L hydrogène et l azote. Formule chimique : 3 Aucun des deux éléments n est un métal. Le symbole de l azote doit se Explication : placer en premier selon l ordre conventionnel. Le N cherche à acquérir trois électrons. Le H a tendance à donner un électron. Il faut donc compter trois atomes de H pour chaque atome de N. 8. Nommez les molécules suivantes en respectant les règles de nomenclature. a) SiBr 4 : Tétrabromure de silicium. d) V 2 O 5 : Pentoxyde de divanadium. b) LiCl: Chlorure de lithium. e) PbI 2 : Diiodure de plomb. c) LiNO 3 : Nitrate de lithium. f) Zn(NO 3 ) 2 : Dinitrate de zinc. 9. Donnez la formule chimique des molécules suivantes. a) Hydroxyde de sodium: NaOH d) Chlorure de sodium : NaCl b) Sulfate de cuivre: CuSO 4 e) Sulfure de dihydrogène : H 2 S c) Tétrachlorure f) Nitrate de sodium : de carbone : CCl 4 NaNO 3 32 Cahier d activités ST-

9 La solubilité et la concentration PAGES 50 À 54 En théorie 1. Indiquez à quel terme de la liste suivante correspond chacun des énoncés ci-après. Dilution Dissolution Solution Solution aqueuse Soluté Solvant a) Mélange homogène dans lequel on ne peut pas distinguer les substances qui le composent, même avec l aide d un instrument d observation. b) Procédé qui consiste à diminuer la concentration d une solution en y ajoutant du solvant. c) Mélange homogène dans lequel le solvant est de l eau. d) Procédé qui consiste à mettre en solution un soluté dans un solvant. e) Substance qui se dissout dans une autre. f) Substance capable de dissoudre un soluté. Solution. Dilution. Solution aqueuse. Dissolution. Soluté. Solvant. 2. La dilution, la dissolution et l évaporation permettent de modifier la concentration d une solution. Complétez le tableau suivant en indiquant les caractéristiques propres à chacun de ces procédés. Dilution Procédé (ajout ou diminution de solvant ou de soluté) Ajout de solvant Effet sur la solution (augmentation ou diminution de la concentration) Diminution de la concentration Dissolution Ajout de soluté Augmentation de la concentration Évaporation Diminution de solvant 3. Complétez les définitions ci-après à l aide des termes de la liste suivante. Augmentation de la concentration Concentration en g/l Concentration en % Concentration en PPM Concentration molaire Concentration concentration en PPM a) La correspond au nombre de parties de soluté dissous dans un million de parties de solution. concentration en g/l b) La correspond au nombre de grammes de soluté par litre de solution. Chapitre 2 33

10 concentration en % c) La correspond, selon le cas, au nombre de grammes de soluté par 100 ml de solution (% m/v), au nombre de millilitres de soluté par 100 ml de solution (% V/V), ou au nombre de grammes de soluté par 100 g de solution (% m/m). concentration molaire d) La correspond au nombre de moles de soluté dissous dans un litre de solution. concentration e) La correspond à la quantité de soluté dissous par rapport à la quantité de solution. 4. a) La formule suivante permet de calculer la concentration en g/l d une solution. Donnez la signification des symboles de cette formule en précisant, dans chaque cas, les unités de mesure. C m V Symbole C Signification du symbole Concentration Unité de mesure (et son symbole) Gramme par litre (g/l) m Masse du soluté dissous Gramme (g) V Volume de la solution Litre (L) b) Complétez ces deux équivalences. 1 g 1 mg 1 1 ppm g g 1 mg kg Dans les solutions aqueuses: 1 ppm 1 g L 1 mg L c) La formule suivante permet de calculer la concentration molaire d une solution. Donnez la signification des symboles de cette formule en précisant, dans chaque cas, les unités de mesure. C n V Symbole C Signification du symbole Concentration Unité de mesure (et son symbole) Mole par litre (mol/l) n Quantité de soluté Mole (mol) V Volume de la solution Litre (L) 34 Cahier d activités ST-

11 En pratique 5. Pour préparer 1 L de limonade, vous avez pressé 10 citrons pour en extraire le jus, puis vous avez versé ce jus dans de l eau. Ensuite, vous avez ajouté 15 g de sucre. a) Cette limonade est une solution. Elle est composée d un solvant et de deux solutés. Lesquels? Le solvant est l eau, tandis que les solutés sont le jus de citron et le sucre. b) Lorsque vous avez sucré votre limonade, avez-vous procédé à une dilution ou à une dissolution? Expliquez votre réponse. J ai procédé à une dissolution, car j ai ajouté du sucre (soluté) dans la limonade. c) Après avoir goûté à votre limonade, vous vous rendez compte qu elle est trop sucrée. Quel procédé devriez-vous utiliser pour diminuer la concentration de sucre dans votre limonade? Expliquez ce que vous feriez pour réaliser ce procédé. Je devrais utiliser un procédé de dilution. Je pourrais ajouter de l eau (solvant) ou de la limonade non sucrée pour diminuer la concentration de sucre dans la limonade. 6. Une cannette de 350 ml de thé glacé renferme 5 g de sucre. a) Quelle est la concentration de sucre (en g/l) dans cette solution? C m 5 g 14,3 g/l V 0,35 L La concentration de sucre est de 14,3 g/l. b) Quelle est la concentration de sucre (en % m/v) dans cette solution? C 14,3 g? g 1,43 % m/v 1000 ml 100 ml La concentration de sucre est de 1,43% m/v. c) Quelle serait la masse de sucre présent dans la cannette si la concentration de la solution était de 5 % m/v? 5 % m/v 5 g? g 100 ml 350 ml 5 g/100 ml 350 ml 17,5 g La masse de sucre serait de 17,5 g. Chapitre 2 35

12 7. L un de vos amis veut installer un aquarium d eau de mer dans sa chambre. L aquarium a une capacité de 225 L. a) Sachant que la concentration de sel dans l eau de mer est de 35 g/l environ, quelle masse de sel votre ami devra-t-il dissoudre dans l eau de l aquarium? C m V Donc, m C V m 35 g/l 225 L 7875 g Mon ami devra dissoudre 7875 g de sel. b) Quelle sera alors la concentration de sel (en % m/v) dans cette solution? C 35 g? g 3,5% m/v 1000 ml 100 ml La concentration de sel sera de 3,5% m/v. c) Quelle serait la concentration de sel (en g/l) dans cette solution si l on ajoutait 75 L d eau dans l aquarium? C 7875 g 26,25 g/l (225 L 75 L) La concentration de sel serait de 26,25 g/l. 8. Un échantillon de 700 g de sol contaminé contient 0,032 g d un polluant. Quelle est la concentration de ce polluant en ppm? 0,032 g 32 mg 700 g 0,7 kg 32 mg/0,7 kg 46 ppm La concentration du polluant est de 46 ppm. 9. Si un sol contient du plomb dans une concentration de 5 ppm, quelle masse de plomb sera présente dans un échantillon de 500 g? C 5 ppm 5 mg/kg 500 g 0,5 kg 5 mg? mg 1 kg 0,5 mg 5 mg/kg 0,5 kg 2,5 mg Une masse de plomb de 2,5 mg sera présente dans l échantillon de 500 g. 36 Cahier d activités ST-

13 10. Des spécialistes en toxicologie mènent une étude sur le taux de contamination du sol d un jardin communautaire. Ils prélèvent plusieurs échantillons de sol de 250 g. Dans ces échantillons, les spécialistes mesurent, en moyenne, une quantité d arsenic de 8,75 mg. Sachant que la norme acceptable de concentration d arsenic dans les sols cultivés est de 30 ppm, le sol de ce jardin communautaire respecte-t-il la norme? Expliquez votre réponse à l aide d un calcul. 8,75 mg C 35 mg/kg 35 ppm 0,25 kg Non, la concentration d arsenic dans le sol du jardin ne respecte pas la norme, puisqu elle est de 35 ppm. 11. Calculez la concentration molaire de chacune des solutions suivantes. a) 225 g de KCl dans 2,2 L d eau. M KCl 39,10 g/mol 35,45 g/mol 74,55 g/mol Pour répondre à certaines des questions qui suivent, vous aurez besoin du tableau périodique qui se trouve à l intérieur de la couverture avant de ce cahier. M m n Donc, n m M n 225 g 3,02 mol 74,55 g/mol n 3,02 mol C 1,37 mol/l V 2,2 L La concentration molaire de KCl dans la solution est de 1,37 mol/l. b) 120 g de bicarbonate de sodium (NaHCO 3 ) dans 1300 ml d eau. M NaHCO3 : 22,99 g/mol 1,01 g/mol 12,01 g/mol (3 16,00 g/mol) 84,01 g/mol M m n Donc, n m M n 120 g 84,01 g/mol 1,43 mol n 1,43 mol C 1,1 mol/l V 1,3 L La concentration molaire de NaHCO 3 dans la solution est de 1,1 mol/l. Chapitre 2 37

14 12. Pour réaliser une expérience, vous devez préparer 750 ml d une solution aqueuse de BaCl 2 à une concentration de 0,5 mol/l. a) Quel est le solvant de cette solution? Expliquez votre réponse. De l eau, car le solvant est toujours de l eau dans une solution aqueuse. b) Quelle masse de BaCl 2 devrez-vous dissoudre dans l eau? M BaCl2 : 137,33 g/mol (2 35,45 g/mol) 208,23 g/mol C n V Donc, n C V= 0,5 mol/l 0,750 L 0,375 mol M m n Donc, m = M n m 208,23 g/mol 0,375 mol 78,09 g Je devrai dissoudre une masse de BaCl 2 de 78,09 g. 13. Combien y a-t-il de grammes de AgNO 3 dans 50 ml d une solution dont la concentration est de 1,3 mol/l? M AgNO3 : 107,87 g/mol 14,01 g/mol (3 16,00 g/mol) 169,88 g/mol C n V Donc, n C V= 1,3 mol/l 0,05 L 0,065 mol M m n Donc, m = M n m 169,88 g/mol 0,065 mol 11,04 g La solution contient 11,04 g de AgNO Une solution aqueuse d ammoniaque a une concentration de 1,35 mol/l. Quel volume de solution devriez-vous prélever pour obtenir 0,65 mol d ammoniaque? C n V Donc, V n C V 0,65 mol 0,48 L 1,35 mol/l Je devrais prélever 480 ml de solution pour obtenir 0,65 mol d ammoniaque. 38 Cahier d activités ST-

15 15. Quel est le volume d une solution contenant 68 mol de CaCl 2 et dont la concentration est de 3 mol/l? C n V Donc, V n C V 68 mol 22,67 L 3 mol/l Le volume de la solution est de 22,67 L. 16. Calculez les concentrations molaires de chacune des solutions suivantes, puis classez-les selon leur concentration (de 1 à 5), sachant que 1 représente la solution la moins concentrée. a) 0,25 mol de HCl dans 8 L de solution. C n 0,25 mol 0,03 mol/l V 8 L Rang : 1 b) 75 g de NaCl dans 500 ml de solution. M NaCl : 22,99 g/mol 35,45 g/mol 58,44 g/mol M m n m 75 g Donc, n 1,28 mol M 58,44 g/mol C n V 1,28 mol 0,5 L 2,56 mol/l Rang : 4 c) 5 mol de NaOH dans 12 L de solution. C n 5 mol 0,42 mol/l V 12 L Rang : 2 d) 4,5 mol de FeCl 3 dans 650 ml de solution. C n 4,5 mol 6,92 mol/l V 0,65 L e) 5 % m/v de KCl dans une solution aqueuse. M KCl : 39,10 g/mol 35,45 g/mol 74,55 g/mol 5% m/v 5 g/100 ml 50 g/l Rang : 5 M m n Rang : 3 m 50 g Donc, n 0,67 mol M 74,55 g/mol Donc, C 0,67 mol/l Chapitre 2 39

16 La conductibilité électrique et le ph En théorie PAGES 55 À a) Qu est-ce qu un électrolyte? Un électrolyte est une substance qui, dissoute dans l eau, permet le passage du courant électrique. b) Qu est-ce qu un non-électrolyte? Un non-électrolyte est une substance qui, dissoute dans l eau, ne permet pas le passage du courant électrique. c) Qu est-ce que la conductibilité électrique d une solution? Sa capacité de permettre le passage du courant électrique. 2. a) Lorsqu on dissout un électrolyte dans l eau, il se sépare en deux ions de charges opposées. Comment appelle-t-on cette transformation physique? Une dissociation électrolytique. b) Qu est-ce qui permet le passage du courant électrique dans une solution? Les ions formés lors d une dissociation électrolytique permettent le passage du courant électrique. 3. Remplissez le tableau suivant. Électrolyte fort Électrolyte faible Non-électrolyte Taux de dissociation électrolytique Passage du courant Luminosité d une ampoule Très grand Petit Nul Oui Oui, mais faiblement Non Très grande Faible Aucune Exemple 4. Que suis-je? NaCl HF Sucre (C 12 H 22 O 11 ) Acide Base Sel a) Je suis une substance issue de la liaison entre un ion métallique et un ion non métallique (autres que les ions H + et OH ). b) Je suis une substance dont la formule chimique débute souvent par un métal et se termine habituellement par un groupe OH, et je colore le papier tournesol en bleu. Sel. Base. 40 Cahier d activités ST-

17 c) Je suis généralement formé d un métal et d un ou de plusieurs non-métaux, et le papier tournesol reste violet. d) Je suis une substance qui libère des ions H + en solution aqueuse et j ai un ph inférieur à 7. e) Je suis généralement formé d un ion H + et d un non-métal, et je colore le papier tournesol en rouge. f) Je suis une substance qui libère des ions OH en solution aqueuse et j ai un ph supérieur à 7. Sel. Acide. Acide. Base. 5. a) Qu est-ce que le ph? Une propriété qui permet de distinguer les solutions acides, basiques et neutres. Le ph est une indication de la concentration des ions H présents dans une solution. b) À quoi sert l échelle du ph? Elle sert à déterminer le degré d acidité ou de basicité d une solution. c) Sachant que l échelle du ph est une échelle logarithmique, que signifie une différence de une unité de ph entre deux substances? Une différence de une unité de ph entre deux substances signifie qu une de ces substances est 10 fois plus acide que l autre. d) À quelle unité de ph correspond une concentration en ions H + de 0,1 mol/l? Cette concentration correspond à un ph de a) Complétez l échelle du ph suivante en inscrivant les termes acide, basique et neutre dans les cases appropriées Acide Neutre Basique b) Donnez un exemple d une substance qui correspond aux niveaux de ph suivants. Exemples de réponses. A. ph de 7 : Eau pure, sang humain. B. ph de 2 : Jus de citron. C. ph de 10 : Savon. D. ph de 8 : Eau de mer. Chapitre 2 41

18 En pratique 7. Dans chacune des illustrations ci-après : a) Indiquez si la substance en solution est un électrolyte fort, un électrolyte faible ou un non-électrolyte. b) Dessinez ensuite la substance en solution en indiquant à l aide de flèches le comportement des ions présents dans la solution (s il y a dissociation électrolytique). H + Cl A. Chlorure d hydrogène (HCl) en solution aqueuse : Électrolyte fort. C 6 H 12 O 6 C 6 H 12 O 6 B. Glucose (C 6 H 12 O 6 ) en solution aqueuse : Non-électrolyte. H + C. Fluorure d hydrogène (HF) en solution aqueuse : Électrolyte faible. 8.Complétez les équations de dissociation électrolytique suivantes. F H a) HBr 2 O H (aq) Br (aq) H (g) d) CsOH 2 O (s) H b) CaS 2 O Ca 2 (aq) S2 (aq) H (s) e) KOH 2 O (s) H c) HI 2 O H (aq) I (aq) H (g) f) MgCI 2 O 2(s) Cs (aq) OH (aq) K (aq) OH (aq) Mg 2 (aq) 2 Cl (aq) 42 Cahier d activités ST-

19 9. À quel type d électrolyte correspond chacune des substances de la question précédente? Acides : HBr, HI. Bases : CsOH, KOH. Sels : CaS, MgCl Complétez l énoncé suivant. Plus le ph d une solution est élevé, plus la solution est basique ; plus le ph d une solution est faible, plus la solution est acide. 11. Un technicien mesure le ph de l eau d une piscine municipale. Il obtient un résultat de 6,9. Durant les deux jours qui suivent le test, il pleut sans arrêt. Sachant que le ph de l eau de pluie est environ de 5, répondez aux questions suivantes en expliquant vos réponses. a) Les fortes pluies ont modifié le ph de l eau de la piscine. Selon vous, l eau de la piscine est-elle devenue plus basique ou plus acide? L eau de la piscine est devenue plus acide, car le ph de la pluie est environ de 5. b) La piscine présentera-t-elle alors un surplus d ions H + ou un surplus d ions OH? La piscine présentera un surplus d ions H, car les substances plus acides, comme la pluie, libèrent des ions H, et l eau de la piscine avait un ph presque neutre (6,9) avant qu il ne pleuve. c) Que pourrait faire le technicien pour rétablir le ph de la piscine à 6,9? Il pourrait ajouter une substance basique dans l eau. 12. a) Le jus de citron (ph de 2) est combien b) Quel est le ph d un liquide fois de fois plus acide que le café (ph de 5)? plus basique que le lait (ph de 6)? 1000 fois plus acide. Le ph de ce liquide est de Un soluté inconnu est dissous dans l eau. En observant les deux photographies ci-dessous, déterminez s il s agit d un électrolyte ou d un non-électrolyte, d un acide ou d une base. Expliquez vos réponses. Il s agit d un électrolyte, car la solution permet le passage du courant électrique, et d un acide parce que le papier tournesol tourne au rouge. Photo 1 Photo 2 Chapitre 2 43

20 DÉFI DÉFI Comment éviter le prochain dégât? Samuel a besoin de votre aide pour résoudre un problème de réservoir d eau qui déborde. 1. Un réservoir reçoit de l eau salée de 2. Il arrive que le réservoir déborde. Samuel façon irrégulière par un tuyau. travaille dans la pièce voisine du bassin d eau. Il doit surveiller celui-ci, mais il ne peut pas passer tout son temps à regarder l eau monter. 3. Samuel dispose des objets suivants. Électrodes Pile Ampoule Minuterie Fils électriques Flotteur Servez-vous des connaissances acquises dans le chapitre 2 pour élaborer un système pouvant avertir Samuel de l imminence d un débordement. Vous n avez pas à utiliser tous les objets proposés. Les sels sont des électrolytes qui peuvent se dissoudre dans l eau. Par exemple, la dissociation électrolytique du sel de table (NaCl) produit des ions positifs (Na + ) et des ions négatifs (Cl ). Ces ions permettent au courant électrique de circuler et peuvent donc permettre à une ampoule de s allumer. Pour avertir Samuel, on peut donc construire un circuit électrique. Pour cela, on doit placer les électrodes à l intérieur du bassin, à la hauteur maximale que l eau peut atteindre avant que le bassin ne déborde. Les électrodes seront reliées à la pile électrique et à l ampoule par des fils électriques. En plaçant l ampoule près de Samuel, celui-ci sera averti que le bassin est suffisamment rempli lorsque l ampoule s allumera. 44 Cahier d activités ST-

21 Bilan du chapitre 2 1. Vrai ou faux? Si un énoncé est faux, rectifiez-le. a) Les ions sont des atomes qui ont perdu ou gagné un ou plusieurs électrons et dont la charge peut être positive ou négative. Vrai. b) Le NaCl est un ion négatif. Pour répondre à certaines des questions qui suivent, vous aurez besoin du tableau périodique qui se trouve à l intérieur de la couverture avant de ce cahier. Faux. L ion Cl est un ion négatif. La molécule de NaCl est composée de deux ions: Na et Cl. BILAN c) Les éléments de la famille des halogènes possèdent deux ou huit électrons de valence et sont extrêmement stables. Faux. Les éléments de la famille des halogènes possèdent sept électrons de valence et sont très réactifs. d) Les règles d écriture permettent de nommer les substances. Faux. Ce sont les règles de nomenclature qui permettent de nommer les substances. e) Une liaison ionique se forme généralement entre deux métaux. Faux. Une liaison ionique se forme généralement entre un non-métal et un métal. f) Une liaison covalente est le résultat du partage d une ou de plusieurs paires d électrons entre deux atomes. Vrai. g) Un ion polyatomique est un groupe d atomes portant une charge électrique. Vrai. 2. Indiquez la formule chimique et la charge de l ion le plus probable formé à partir de chacun des éléments suivants. a) Oxygène: O 2 f) Brome : Br b) Sodium : Na g) Radon : Aucun ion. c) Argon : Aucun ion. h) Fluor : F N 3 d) Azote : i) Soufre : Mg 2 e) Magnésium : j) Calcium : S 2 Ca 2 Chapitre 2 45

22 BILAN 3. Indiquez si les représentations suivantes illustrent un atome ou un ion, puis indiquez la formule chimique de l atome ou de l ion représenté. a) b) Représentation d un Représentation d un Formule chimique : Formule chimique : 4. Complétez le tableau suivant. ion. F atome. Ne Molécule Atome ou ion formant la molécule Gain d un ou de plusieurs électrons Perte d un ou de plusieurs électrons Partage d une ou de plusieurs paires d électrons KBr O 2 K + Br O O Ca 2 CaCO 3 CO 3 2 Cl Cl 2 Cl 5. Qu est-ce qui est le plus stable : un atome d azote ou une molécule de diazote? Expliquez votre réponse en mentionnant le type de liaison de la molécule de diazote. Une molécule de diazote est plus stable qu un atome d azote. En effet, la liaison covalente de la molécule de diazote permet à deux atomes d azote de partager trois paires d électrons. Ainsi, chacun obtient la configuration électronique d un gaz noble, ce qui le rend plus stable. 6. Indiquez, selon le cas, le nom ou la formule chimique des molécules suivantes. Pentaoxyde de diphosphore. CCl a) P 2 O 5 : e) Tétrachlorure de carbone : 4 Hydrure de lithium. Na b) LiH : f) Phosphate de trisodium : 3 PO 4 CaF c) Difluorure de calcium : 2 Dichlorure de calcium. g) CaCl 2 : Sulfate de magnésium. AgNO d) MgSO 4 : h) Nitrate d argent : 3 46 Cahier d activités ST-

23 7. Vrai ou faux? Si un énoncé est faux, rectifiez-le. a) La dilution permet de diminuer la concentration d un soluté dans une solution. Vrai. b) Une solution aqueuse est une solution dont le solvant est parfois de l eau. Faux. Une solution aqueuse est une solution dont le solvant est toujours de l eau. c) Si on fait bouillir une solution d eau salée, l évaporation de l eau fera augmenter la concentration d ions Na + et Cl. Vrai. BILAN d) Une concentration de 7,5 ppm équivaut à 7,5 g/1000 ml. Faux. Une concentration de 7,5 ppm équivaut à 7,5 g/1000 L. 8. Vous versez 500 g de sulfate de calcium (CaSO 4 ) dans 1200 ml d eau. a) Quelle est la concentration de CaSO 4, en g/l, dans la solution obtenue? C m 500 g 416,7 g/l V 1,2 L La concentration de CaSO 4 est de 416,7 g/l. b) Quelle est la concentration de CaSO 4 en % m/v, dans la solution obtenue? 416,7 g C? g 4,167 g 4,2 % m/v 1000 L 100 ml 100 ml La concentration de CaSO 4 est de 4,2 % m/v. c) Quelle est la concentration molaire de CaSO 4 dans la solution obtenue? M CaSO4 : 40,08 g/mol 32,07 g/mol (4 16,00 g/mol) 136,15 g/mol M m n Donc, n m M n 500 g 3,67 mol 136,15 g/mol n C 3,67 mol 3,06 mol/l V 1,2 L La concentration molaire de CaSO 4 est de 3,06 mol/l. Chapitre 2 47

24 BILAN d) Si vous versez la solution obtenue dans un bassin de 3000 L d eau, quelle sera alors la concentration de CaSO 4, en ppm, dans le bassin? 500 g mg 166,6 ppm 3001,2 L 3001,2 L La concentration de CaSO 4 sera de 166,6 ppm. 9. Alicia prépare un bain dans lequel elle ajoutera du bicarbonate de sodium (NaHCO 3 ). Elle doit obtenir une concentration de NaHCO 3 de 0,6 g/l dans une baignoire contenant 200 L d eau. a) Quelle masse de bicarbonate de sodium devra-t-elle dissoudre dans l eau du bain? C m V Donc, m C V m 0,6 g/l 200 L 120 g Alicia devra dissoudre 120 g de bicarbonate de sodium. b) Alicia a versé 150 g de NaHCO 3 dans la baignoire. Combien devra-t-elle ajouter d eau pour obtenir la concentration souhaitée? C m V Donc, V m C V 150 g 250 L 0,6 g/l 250 L 200 L 50 L Alicia devra ajouter 50 L d eau. c) Quelle est la concentration molaire de NaHCO 3 dans la baignoire? M NaHCO3 : 22,99 g/mol 1,01g/mol 12,01g/mol (3 16,00g/mol) 84,01 g/mol M m n Donc, n m M n 150 g 1,79 mol 84,01 g/mol n C 1,79 mol 0,007 mol/l V 250 L La concentration molaire de NaHCO 3 est de 0,007 mol/l. 48 Cahier d activités ST-

25 10. Vous versez 140 g de sel (NaCl) dans un récipient contenant un peu d eau. Quel devrait être le volume total de la solution pour que la concentration de sel y soit de 4 mol/l? M NaCl : 22,99 g/mol 35,45 g/mol 58,44 g/mol M m n Donc, n m M n 140 g 2,4 mol 58,44 g/mol n C Donc, V n 2,4 mol 0,6 L V C 4 mol/l BILAN Le volume total de la solution devrait être de 0,6 L. 11. Vrai ou faux? Si un énoncé est faux, rectifiez-le. a) Les non-électrolytes ne forment pas d ions lorsqu on les dissout dans l eau. Vrai. b) Une substance qui libère des ions H + en solution aqueuse est généralement un acide. Vrai. c) Lors d une dissociation électrolytique, les ions positifs se déplacent vers la borne positive lorsqu on plonge dans la solution des électrodes reliées à une pile. Faux. Les ions positifs se déplacent vers la borne négative. d) La force d un électrolyte dépend du taux de dissociation électrolytique du soluté. Vrai. 12. À quel type d électrolyte correspond chacune des substances suivantes? Al(OH) 3 HCl KI MgSO 4 Ca(OH) 2 LiOH MgCl 2 HBr H 2 SO 4 HBr, HCl, H Acides : 2 SO 4. Al(OH) Bases : 3, Ca(OH) 2, LiOH. KI, MgSO Sels : 4, MgCl 2. Chapitre 2 49

26 BILAN 13. a) Reliez chacune des molécules aux deux ions qu elles libèrent en solution aqueuse. Molécules Ions AgCl Ag + CH 3 COOH CH 3 COO HCl Cl NaCl H + NaOH Na + OH b) Formulez les équations de dissociation électrolytique que vous avez obtenues en a). AgCl Ag Cl CH 3 COOH H CH 3 COO HCl H Cl NaCl Na Cl NaOH Na OH 14. Vous disposez de trois différentes solutions (A, B et C) que vous devez classer selon leur conductibilité électrique. Après avoir réalisé un test de conductibilité, vous constatez que la solution A et la solution C font briller intensément une ampoule de 10 W, tandis que la solution B ne permet pas à l ampoule de s allumer. De quelle façon pourriez-vous déterminer laquelle de ces trois solutions contient un électrolyte fort? La solution B contient un non-électrolyte et doit donc être écartée. Pour départager les solutions A et C, je pourrais remplacer l ampoule de 10 W par une ampoule plus puissante (par exemple, de 60 W). Ainsi, la solution qui produira la lumière la plus intense sera celle qui contient l électrolyte fort. 15. Indiquez le ph de chacune des solutions suivantes, puis précisez laquelle est la plus acide. La solution A possède un ph 100 fois plus acide que celui de la solution B. 3 La solution B possède un ph fois plus acide que la solution D. 5 La solution C possède un ph 100 fois plus acide qu un ph de 9. 7 La solution D possède un ph 100 fois plus basique que la solution C. La solution E possède un ph fois plus basique que la solution B La solution la plus acide est la solution A. 50 Cahier d activités ST-