Des solutions en chimie

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1 AP Seconde genevoix- signoret.fr/sciences- physiques Des solutions en chimie Dans les exercices qui suivent, on utilisera les masses molaires atomiques suivantes : M(H)=1 g/mol, M(C)=12 g/mol, M(N)=14 g/mol, M(O)=16 g/mol, M(Na)=23 g/mol, M(Mg)=24,3 g/mol M(P)=31 g/mol, M(S)=32,1 g/mol, M(Cl) = 35,5 g/mol, M(Ca) = 40,1 g/mol. Exercice 1 : Choix de matériel On veut préparer un volume V = 1,0 L d'une solution aqueuse S, de concentration molaire 1, mol/l par dissolution de chlorure de sodium. 1) Quelle masse de chlorure de sodium faut-il peser? 2) Pour cela, on dispose de trois balances : _ balance 1 : portée 600 g, précise à 0,1 g près _ balance 2 : portée 200 g, précise à 0,01 g près _ balance 3 : portée 80 g, précise à 0,001 g près. Quelle balance faut-il choisir? Justifier la réponse. 3) a. Indiquer le matériel nécessaire en plus de la balance pour préparer la solution (4 éléments à donner). b. Schématiser ce matériel. 4) Décrire précisément les étapes de préparation de cette solution. Exercice 2 : Acidité d une boisson L acidité des boissons au coca est due en partie à l acide phosphorique H 3 PO 4. On a mesuré qu un litre d une de ces boissons contient 5x10-3 mol d acide phosphorique. De plus la législation limite à 0,60 g/l la teneur maximale de ces boissons en acide phosphorique. Cette boisson est-elle conforme à la législation? Exercice 3 : Solution ionique de soude L hydroxyde de sodium, est un solide blanc très soluble dans l eau, de formule NaOH. Dans l eau il se dissout sous forme d ions Na + et OH -. On prépare une solution aqueuse d hydroxyde de sodium en introduisant 5,00g de soude caustique dans une fiole jaugée de 250 ml. On remplit alors la fiole avec de l eau distillée. 1) Calculer la concentration molaire de la solution préparée. 2) Donner la concentration des ions sodium et hydroxyde. Exercice 4 : Eau sucrée Un morceau de sucre (C 12 H 22 O 11 ) de masse 6,00 g est dissous dans de l'eau de telle sorte que la concentration molaire en saccharose de la solution soit égale à 5,85 x 10-2 mol/l. 1) Calculer le volume de la solution préparée. 2) On prélève 50,0 ml de la solution mère précédente et on rajoute un sucre qui se dissout à son tour : est-ce une dilution? Justifier la réponse. 3) On prélève 50,0 ml de la solution mère précédente, puis on complète avec de l'eau distillée pour obtenir 100,0 ml de solution. a) Est-ce une dilution? Justifier la réponse. b) Calculer la concentration de la solution obtenue.

2 Exercice 5 : Un médicament contre la toux L'acétylcystéine est le principe actif de médicaments commercialisés sous les appellations Exomuc ou Fluimucil. Les médicaments fluidifient les sécrétions bronchiques, dont l'évacuation est alors facilitée par la toux. Certains sachets d'exomuc contiennent 100 mg d'acétylcystéine. Une solution aqueuse de volume V 0 égal à 50mL est préparée en dissolvant la totalité du contenu d'un sachet de 100 mg. 1) Identifier le solvant. 2) Calculer la concentration massique en acétylcystéine de la solution. 3) Calculer la concentration molaire en acétylcystéine. 4) Pour être plus agréable au goût, on dilue la solution. Le volume final V 1 est alors 150 ml. a) Que signifie «diluer la solution»? b) Calculer la concentration molaire de la solution finale. Données : L'acétylcystéine est une espèce moléculaire de formule C 5 H NS. Exercice 6 : Solutions de diiode : On dispose d'une solution aqueuse mère de diiode, de concentration molaire c 1 = 5, mol/l. On souhaite obtenir une solution de concentration c 2 = mol/l et de volume V 2 = 250 ml. 1) Calculer le volume de solution mère à prélever pour préparer cette solution. 2) Faire une liste précise du matériel nécessaire à la préparation de cette solution. Donner les volumes de la verrerie à utiliser. 3) Décrire les étapes expérimentales de préparation de cette solution. 4) Schématiser la solution obtenue dans son récipient, en montrant comment on ajuste correctement le volume de cette solution (faire un zoom). 5) Les solutions de diiode sont brunes. La solution sera-t-elle plus foncée ou moins foncée que la solution mère. Exercice 7 : La soude Les solutions de soude sont très couramment utilisées au laboratoire de chimie. La soude NaOH se présente sous forme de pastilles blanches. 1) On veut préparer, pour une séance de TP, 500 ml d une solution de concentration molaire 1 mol/l. a. Calculer la masse de soude nécessaire. b. Dresser la liste du matériel à utiliser pour préparer la solution. c. Décrire le mode opératoire. 2) Pour son expérience, un élève doit fabriquer 100 ml d une solution de soude de concentration 1,0x10-2 mol/l. Il dispose pour cela de la solution précédente et du matériel suivant : burette graduée de 25 ml, une pipette jaugée de 5 ml, une pipette graduée de 1 ml, deux fioles jaugées de 100 ml et de 50 ml. Expliquer le mode opératoire pour fabriquer cette solution. (volume à prélever, matériel utilisé ) Exercice 8 : Le chlorure de calcium A l'état solide, le chlorure de calcium est un cristal ionique de formule CaCl 2 très soluble dans l'eau. 1) On fabrique une solution de chlorure de calcium en faisant dissoudre 1 g de ce cristal dans 1L d eau. a) Déterminer la concentration en g/l et en mol/l de cette solution. b) Donner la concentration des ions calcium Ca 2+ et des ions Cl - dans cette solution. 2) On dispose d une solution 1 de chlorure de calcium de concentration C 1 = 0,1 mol/l et on veut obtenir V 2 =50mL d'une solution 2 de chlorure de calcium de concentration C 2 = 0,02 mol/l. a) Quelle est la quantité de matière de chlorure de calcium nécessaire à la fabrication de la solution 2. b) Déterminer le volume de la solution 1 à prélever. c) Décrire le protocole expérimental. (matériel, manipulation ).

3 AP Seconde genevoix- signoret.fr/sciences- physiques Des solutions en chimie : CORRECTION Exercice 1 : Choix de matériel On veut préparer un volume V = 1,0 L d'une solution aqueuse S, de concentration molaire 1, mol/l par dissolution de chlorure de sodium. 1) Quelle masse de chlorure de sodium faut-il peser? n(nacl) = C(NaCl) V = 1, mol m(nacl) = n(nacl) ( NaCl) = 1, ,5 = 0,58 g (2 chiffres significatifs) 2) Pour cela, on dispose de trois balances : _ balance 1 : portée 600 g, précise à 0,1 g près _ balance 2 : portée 200 g, précise à 0,01 g près car 2 chiffres significatifs _ balance 3 : portée 80 g, précise à 0,001 g près. Quelle balance faut-il choisir? Justifier la réponse. 3) a. Indiquer le matériel nécessaire en plus de la balance pour préparer la solution (4 éléments à donner). b. Schématiser ce matériel. Coupelle de pesée Fiole jaugée Eau distillée 4) Décrire précisément les étapes de préparation de cette solution. Voir livre p 331 Exercice 2 : Acidité d une boisson L acidité des boissons au coca est due en partie à l acide phosphorique H 3 PO 4. On a mesuré qu un litre d une de ces boissons contient mol d acide phosphorique. De plus la législation limite à 0,60 g/l la teneur maximale de ces boissons en acide phosphorique. Cette boisson est-elle conforme à la législation? m(h 3 PO 4 ) = n(h 3 PO 4 ) ( H 3 PO 4 l) = = 0,49 g dans 1L soit 0,49 g/l Cette boisson est conforme à la législation Exercice 3 : Solution ionique de soude L hydroxyde de sodium, est un solide blanc très soluble dans l eau, de formule NaOH. Dans l eau il se dissout sous forme d ions Na + et OH -. On prépare une solution aqueuse d hydroxyde de sodium en introduisant 5,00g de soude caustique dans une fiole jaugée de 250 ml. On remplit alors la fiole avec de l eau distillée. 1) Calculer la concentration molaire de la solution préparée. n(naoh) = m(naoh) / M(NaOH) = 5,00/40 = 0,125 mol C(NaOH) = n(naoh) / V = 0,125 / 0,25 = 0,50 mol/l 2) Donner la concentration des ions sodium et hydroxyde. Equation de dissolution : NaOH (s) Na + (aq) + HO - (aq) 1 molécule d hydroxyde de sodium donne 1 ion sodium et un ion hydroxyde. Par conséquent, on a autant d ions sodium que de molécules d hydroxyde de sodium et autant d ions hydroxyde que de molécules d hydroxyde de sodium. Leurs concentrations seront les mêmes : C(NaOH) = C(Na + ) = C(HO - ) = 0,50 mol/l

4 Exercice 4 : Eau sucrée Un morceau de sucre (C 12 H 22 O 11 )de masse 6,00 g est dissous dans de l'eau de telle sorte que la concentration molaire en saccharose de la solution soit égale à 5,85 x 10-2 mol/l. 1) Calculer le volume de la solution préparée. M(C 12 H 22 O 11 ) = 342 g/mol n(c 12 H 22 O 11 ) = m(c 12 H 22 O 11 ) / M(C 12 H 22 O 11 ) = 1,75 x 10-2 mol V = n(c 12 H 22 O 11 ) / C(C 12 H 22 O 11 ) = 300 ml 2) On prélève 50,0 ml de la solution mère précédente et on rajoute un sucre qui se dissout à son tour : est-ce une dilution? Justifier la réponse. n(c 12 H 22 O 11 ) augmente et V est constant, la concentration de la solution augmente, ce n est donc pas une dilution. 3) On prélève 50,0 ml de la solution mère précédente, puis on complète avec de l'eau distillée pour obtenir 100,0 ml de solution. a) Est-ce une dilution? Justifier la réponse. n(c 12 H 22 O 11 ) est constante et V augmente, la concentration de la solution diminue, c est donc une dilution. b) Calculer la concentration de la solution obtenue. Lors d une dilution, la quantité de matière de soluté se conserve, on peut donc écrire : n(c 12 H 22 O 11 ) mère = n(c 12 H 22 O 11 ) C(C 12 H 22 O 11 ) mère V prélevé = C(C 12 H 22 O 11 ) V C(C 12 H 22 O 11 ) = C V mère V prélevé = 2,93 x 10-2 mol/l Exercice 5 : Un médicament contre la toux L'acétylcystéine est le principe actif de médicaments commercialisés sous les appellations Exomuc ou Fluimucil. Les médicaments fluidifient les sécrétions bronchiques, dont l'évacuation est alors facilitée par la toux. Certains sachets d'exomuc contiennent 100 mg d'acétylcystéine. Une solution aqueuse de volume V 0 égal à 50mL est préparée en dissolvant la totalité du contenu d'un sachet de 100 mg. 1) Identifier le solvant. Solution aqueuse, le solvant est donc l eau 2) Calculer la concentration massique en acétylcystéine de la solution. C m (Ac) = m(ac) / V 0 = 2 g/l 3) Calculer la concentration molaire en acétylcystéine. n(ac) = m(ac) / M(Ac) = 0,1 / 164,1 = 6,1 x 10-4 mol C(Ac) = n(ac) / V 0 = 1,2 x 10-2 mol/l 4) Pour être plus agréable au goût, on dilue la solution. Le volume final V 1 est alors 150 ml. a) Que signifie «diluer la solution»? Cela signifie ajouter de l eau (solvant) et par conséquent diminuer la concentration de la solution en soluté. b) Calculer la concentration molaire de la solution finale. C(Ac) = n(ac) / V 1 = 4,1 x 10-3 mol/l Données : L'acétylcystéine est une espèce moléculaire de formule C 5 H NS.

5 Exercice 6 : Solutions de diiode : On dispose d'une solution aqueuse mère de diiode, de concentration molaire c 1 = 5, mol/l. On souhaite obtenir une solution de concentration c 2 = mol/l et de volume V 2 = 250 ml. 1) Calculer le volume de solution mère à prélever pour préparer cette solution. Lors d une dilution, la quantité de matière de soluté se conserve, on peut donc écrire : n(i 2 ) mère = n(i 2 ) C(I 2 ) mère V prélevé = C(I 2 ) V V(I 2 ) prélevé = C V C mère = 5 ml 2) Faire une liste précise du matériel nécessaire à la préparation de cette solution. Donner les volumes de la verrerie à utiliser. Pipette jaugée 5 ml Solution initiale Bécher de service propipette Eau distillée Fiole jaugée 250 ml 3) Décrire les étapes expérimentales de préparation de cette solution. Voir livre p330 4) Schématiser la solution obtenue dans son récipient, en montrant comment on ajuste correctement le volume de cette solution (faire un zoom). 5) Les solutions de diiode sont brunes. La solution sera-t-elle plus foncée ou moins foncée que la solution mère. La solution est une solution diluée, elle sera donc moins foncée car elle contient plus de solvant.

6 Exercice 7 : La soude Les solutions de soude sont très couramment utilisées au laboratoire de chimie. La soude NaOH se présente sous forme de pastilles blanches. 1) On veut préparer, pour une séance de TP, 500 ml d une solution de concentration molaire 1 mol/l. a. Calculer la masse de soude nécessaire. n(naoh) = C(NaOH) V = 0,5 mol m(naoh) = n(naoh) x M(NaOH) = 0,5 x 40 = 20 g b. Dresser la liste du matériel à utiliser pour préparer la solution. Voir ex 1 c. Décrire le mode opératoire. Voir livre p 2) Pour son expérience, un élève doit fabriquer 100 ml d une solution de soude de concentration 1, mol/l. Il dispose pour cela de la solution précédente et du matériel suivant : burette graduée de 25 ml, une pipette jaugée de 5 ml, une pipette graduée de 1 ml, deux fioles jaugées de 100 ml et de 50 ml. Expliquer le mode opératoire pour fabriquer cette solution. (volume à prélever, matériel utilisé ) V(NaOH) prélevé = C V C mère = 1 ml Matériel : une pipette graduée de 1 ml et fiole jaugée de 100 ml Protocole : voir livre p 330 Exercice 8 : Le chlorure de calcium A l'état solide, le chlorure de calcium est un cristal ionique de formule CaCl2 très soluble dans l'eau. 1) On fabrique une solution de chlorure de calcium en faisant dissoudre 1 g de ce cristal dans 1L d eau. a) Déterminer la concentration en g/l et en mol/l de cette solution. C m (CaCl2) = m(cacl2) / V = 1 g/l n(cacl2) = m(cacl2) / M(CaCl2) = 1 / 111,1 = 9 x 10-3 mol C(CaCl2) = n(cacl2) / V = 9 x 10-3 mol/l b) Donner la concentration des ions calcium Ca 2+ et des ions Cl - dans cette solution. 1 molécule de chlorure de calcium donne 1 ion calcium et 2 ions chlorures. Par conséquent, on a autant d ions calcium que de molécules de chlorure de calcium et 2 fois plus d ions chlorures que de molécules de chlorure de calcium. Les concentrations seront donc : C(Ca 2+ ) = C(CaCl2) = 9 x 10-3 mol/l C(Cl - ) = 2 C(CaCl2) = 1,8 x 10-2 mol/l 2) On dispose d une solution 1 de chlorure de calcium de concentration C 1 = 0,1 mol/l et on veut obtenir V 2 =50mL d'une solution 2 de chlorure de calcium de concentration C 2 = 0,02 mol/l. a) Quelle est la quantité de matière de chlorure de calcium nécessaire à la fabrication de la solution 2. n 2 (CaCl2) = C 2 (CaCl2) V 2 = 10-3 mol b) Déterminer le volume de la solution 1 à prélever. Lors d une dilution, la quantité de matière de soluté se conserve, on peut donc écrire : n 1 (CaCl2) mère = n 2 (CaCl2) C 1 (CaCl2) mère V prélevé = n 2 (CaCl2) V prélevé = n C 2 = 10 ml 1 c) Décrire le protocole expérimental. (matériel, manipulation ). Protocole : voir livre p 330

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