Chapitre III : SOLUTIONS DANS LA VIE QUOTIDIENNE

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1 Chapitre III : SOLUTIONS DANS LA VIE QUOTIDIENNE Rappel de quelques définitions - asse voluique d une solution : rapport d une asse de solution à son volue V (g) µ = (1) µ en g.l -1 V V (L) - Concentration assique d une solution : rapport d une asse de soluté au volue V de la solution : c = soluté V (2) (g) c en g.l -1 le soluté étant le corps dissous dans V (L) l eau, l enseble constitue une solution - Concentration olaire d une solution : c est le rapport de la quantité de atière (ou nobre de oles) dissoute au volue de la solution. n n (ol) C = (3) C en ol.l -1 V V(L) - densité d un liquide ou d un solide : c est le rapport de la asse voluique µ de ce solide ou liquide à la asse µ e de l eau : µ µ (kg.l ) d = avec µ e = 1 kg.l -1 d est sans unité µ e µ e (kg.l ) - densité d d un gaz : c est le rapport de la asse voluique µ de ce gaz à la asse voluique µ 0 de l eau : µ µ (g.l ) d G = avec µ 0 = 1,293 g.l -1 dans les conditions norales de µ 0 µ 0 (g.l ) tepérature et pression. d est sans unité Calcul de la densité d un gaz : loi d Avogadro-Apère µ Reprenant la définition de la densité d un gaz d G = où µ, et µ 0 sont les asses d un µ 0 êe volue de gaz et d air, volue égal à un litre, on replace par les asses d un volue égal au volue olaire V = 22,4 L.ol -1 dans les conditions norales de tepérature et de pression. La asse de gaz correspondante est la asse olaire et la asse de 22,4 L d air est 1,293 x 22,4 ~ 29 g. D où la relation : d G = ou = 29 d G 29 Exeple : pour le éthane CH 4 = 16 g.ol d G = 0, 5 le éthane est plus léger que 29 l air 1

2 1 dissolution de coposés ioniques L essentiel On appelle solubilité, la asse de soluté par litre de solution saturée. Elle s exprie en g.l -1 Pour un soluté donné, la solubilité s dépend du solvant et de la tepérature. En général, s augente quand la tepérature augente. L eau est un eilleur solvant des coposés ioniques que l éthanol. L eau, olécule polaire, interagit forteent avec les ions ; c est le phénoène d hydratation. Bilan de la dissolution d un coposé ionique dans l eau : CA Ions liés dans le cristal Q c > 0 C + + A - Ions isolés Q d < 0 C + aq +A - aq Ions hydratés Q d = Q c + Q h 1 Bordas 30 p 201 Sel de ohr. On veut préparer 500 L d une solution contenant des ions fer (II) de concentration [Fe 2+ ] = 6,0 x 10-3 ol.l -1 à partir de cristaux de «sel de ohr» de forule FeSO 4, (NH 4 ) 2 SO 4, 6H 2 O. 1. Quelle asse de cristaux faut-il peser? 2. Calculer les concentrations de chacun des ions contenus dans cette solution. Données : asses olaires en g.ol -1 (N) =14,0 ; (S) = 32,1 ; (Fe) = 55,8 1. Equation de dissolution du «sel de ohr» FeSO 4, (NH 4 ) 2 SO 4, 6H 2 O Fe NH SO4 (on ne note pas la libération des 6 H2O qui sont une partie négligeable dans la quantité d eau existant déjà) A partir de l équation, on rearque que 1 ol de sel de ohr donne 1 ol de Fe 2+ n ol de sel de ohr donne n ol de Fe 2+ On en déduit que la concentration de la solution c est égale à la concentration en ions Fe(II) c = [Fe 2+ ] La asse de cristaux de sel de ohr de asse olaire qu il faut peser pour préparer un volue V de concentration c. est = cv Nuériqueent : 2

3 = 55,8 + 32,1 + 4x16 + 2[14 + 4x1] + 32,1 + 4x16 + 6[2x1 + 16] ; = 392 g.ol -1 ; c = 6,0 x 10-3 ol.l -1 ; V = 500 L = 0,5 L = 6,0 x 10-3 x 0,5 x 392 = 1,176 g soit en gardant 3 chiffres significatifs = 1,18 g 2. Concentrations de chacun des ions contenus dans cette solution : [Fe 2+ ] = 6,0 x 10-3 ol.l -1. En tenant copte des coefficients stoechioètriques dans l équation de dissolution, on peut écrire : 2+ + [ NH ] = 2[Fe ] = 12,0 x 10-3 ol.l -1 4 ] d où [ + NH [ ] = 2[Fe ] d où [ SO ] = 12,0 x 10-3 ol.l -1 SO

4 2 Hachette 9 p 199 Dépôt de tartre. Le tartre qui se dépose dans les canalisations, est du carbonate de calciu de forule CaCO 3. La solubilité du carbonate de calciu est de 6, ol.l -1 à 25 C. On prend 10 litres d eau saturée en carbonate de calciu et l on fait bouillir jusqu à ce que toute l eau ait disparu. On observe un dépôt blanc dans le récipient. 1. Quelle est la asse de ce dépôt? 2. Quel test siple peut-on faire pour identifier la présence des ions carbonate dans ce dépôt? Données : asses olaires en g.ol -1 : (Ca) = 40 ; (C) = 12 ; (O) = La asse du dépôt est = n n : nobre de oles dans 10 litres n = 6, x 10 n = 6, ol : asse olaire du carbonate de calciu ; = (16x3) = 100 g.ol -1 = 6, x 100 ; = 6, g 2. Les ions carbonate se ettent en évidence en versant un acide sur le dépôt (acide chlorhydrique, sulfurique ou vinaigre). On voit alors des bulles se forer c est du gaz 2 + carbonique CO 2, selon l équation : CO3 + 2H CO 2 + H 2O 3 Hachette 10 p 200 Calcul rénal Un alade souffre d un calcul rénal dont la asse est 0,650 g. Ce calcul est de l oxalate de calciu CaC 2 O 4 pur. La solubilité de l oxalate de calciu, à 37 C, est ol.l Quelle quantité d oxalate de calciu renfere le calcul? 2. Quel volue d eau pure devrait absorber le alade pour dissoudre entièreent ce calcul? Données : asses olaires en g.ol -1 (C) = 12 ; (O)) = 16 ; (Ca) = 40 ; 1. Quantité n, d oxalate de calciu n = où est la asse du calcul asse olaire de CaC 2 O 4 : = 40 + (2 x 12) + (4 x16) = 128 g.ol -1 0,65 Nuériqueent : n = n= 5, ol Volue V que doit absorber le alade pour dissoudre le calcul de quantité n : n V = où s est la solubilité de l oxalate de calciu CaC 2 O 4 s 3 5,1.10 Nuériqueent : V = V = 85 L ce qui est beaucoup! Il va falloir trouver une autre éthode, peut-être l opération. 4

5 4 Hachette 11 p 200 Solution saturée de chlorure d aoniu A 40 C, un litre de solution chlorure d aoniu contient au axiu 350 g de chlorure d aoniu anhydre dissous. 1. Quelles sont la forule et la asse olaire du chlorure d aoniu 2. En déduire la concentration des ions chlorure et aoniu dans la solution. 3. Quels tests siples perettraient de ettre en évidence la présence des ions chlorure et aoniu dans la solution 4. La dissolution du chlorure d aoniu est endotherique. Décrire le phénoène observé si l on refroidit la solution saturée de 40 C à 10 C. On rappelle que la solubilité d un coposé ionique diinue lorsque la tepérature diinue si sa dissolution est endotherique. Données : : asses olaires en g.ol -1 (H) = 1 ; (Cl) = 35,5 ; (N) = 14 ; (H) = 1 1. Forule du chlorure d aoniu : NH 4 Cl asse olaire : 14 + (4 x 1) + 35,5 = 53,5 g.ol Equation de dissolution du chlorure d aoniu : NH 4 Cl NH Cl - On en déduit que 1 ol de NH 4 Cl donne 1 ol de NH + 4 et 1 ol de Cl - + D où la relation entre les concentrations : [ NH 4 ] = [Cl - ] = C avec C, concentration de la n solution en chlorure d aoniu C = C = V.V 350 Nuériqueent : C = C = 6,5 g.ol -1 53,5 1 [NH + 4 ] = [Cl - ] = 6,5 g.ol Les ions chlorure se ettent en évidence par addition de quelques gouttes d une solution de nitrate d argent AgNO 3 qui contient les ions Ag + et NO 3. Les ions Ag + donnent avec les ions Cl - un précipité blanc de chlorure d argent, AgCl qui noircit à la luière Ag + + Cl - AgCl + - Test de reconnaissance des ions NH 4 : on ajoute de la soude, on chauffe. Il se dégage de l aoniac NH3 qui bleuit un papier ibibé d ions Cu 2+ La dissolution du chlorure d aoniu est endotherique, ceci signifie qu il a besoin d énergie pour se dissoudre. Si on refroidit la solution, on lui prend de l énergie et la quantité dissoute sera oins grande. Sa solubilité diinue, le chlorure d aoniu précipite. 5

6 5 Hachette 14 p 200 Solubilité du sulfate de potassiu : Le sulfate de potassiu a une solubilité de 74 g.l -1. à 0 C, et de 160 g.l -1 à 50 C. 1. Quelle est la forule du sulfate de potassiu? En déduire sa asse olaire. 2. Calculer à 0 C et à 50 C sa solubilité en ol.l -1 ; 3. Est-il raisonnable de vouloir préparer une solution à 1,2 ol.l -1 à 25 C? Données : : asses olaires en g.ol -1 (O) = 16 ; (S) = 32 ; (K) = l ion sulfate est SO 2-4 ; l ion potassiu est K + ; pour assurer la neutralité du cristal, il faut donc 2 ions K + 2 pour 1 ion SO 4. La forule globale du sulfate de potassiu est donc K2SO 4. asse olaire = (39x2) (16x4) = 172 g.ol Solubilité du sulfate de potassiu : - à 0 C : à 50 C : 74 s 0 = 172 s 0 = 0,43 ol.l s 50 = s 50 = 0,93 ol.l -1 s = La solubilité du sulfate de potassiu augente avec la tepérature. Donc s 0 < s 25 < s 50 Or 1,2 > 0,93. Il n est donc pas possible de vouloir préparer une solution à 1,2 ol.l -1 à la tepérature de 25 C t 6

7 6 Hachette 16 p 200 Urate de sodiu et goutte La goutte résulte de la précipitation de cristaux d urate de sodiu de forule NaH 3 C 5 N 4 O 3, lors d une production excessive d acide urique. A 37 C, la solubilité de l urate de sodiu dans l urine est égale à 0,85 g.l -1. Un laboratoire fait une analyse d urine et indique : urate de sodiu à 37 C : 4, ol.l -1. L analyse paraît-elle correcte? Exprions la solubilité de l urate de sodiu en ol.l -1 : t s = t est la solubilité en g.l -1 la asse olaire = (12x5) + (14x4) + (16x3) = 190 g.ol -1 0,85 s = s = 4, ol.l -1 s représente la concentration axiale d urate de sodiu à C. La concentration trouvée en laboratoire est supérieure, ce qui n est pas possible : ce résultat d analyse est incorrect : il y a eu erreur d analyse. 7 Hachette 22 p 201 Eau de la er orte L eau de la er orte contient 275 g.l -1 de chlorure de sodiu. La solubilité du chlorure de sodiu à 30 C est de 6,2 ol.l Déteriner la concentration de l eau de la er orte en ions sodiu et chlorure. Estelle saturée à 30 C? 2. On abandonne un dei-litre d eau de la er orte au soleil : l eau s évapore progressiveent. Pour quel volue résiduel observe-t-on l apparition des preiers cristaux de chlorure de sodiu à 30 C? 3. Données : asses olaires en g.ol -1 (Na) = 23 ; (Cl) = 35,5 1. C est la concentration de l eau de la er orte en chlorure de sodiu NaCl C = V où est la asse de chlorure de sodiu dissoute dans le volue V sa asse olaire ; = ,5 = 58,5 g.ol C = C = 4,7 ol.l -1 58,5x1 D autre part l équation de dissolution du chlorure de sodiu NaCl Na + + Cl - ontre que 1ol de NaCl donne 1 ol d ion Cl - et 1 ol de Na + D où la relation entre les concentrations : C = [Na + ] = [Cl - ] = 4,7 ol.l -1 < 6,2 ol.l -1 L eau de la er orte n est pas saturée 2. On place au soleil un volue V 1 = 0,5 L d eau de er de concentration C = 4,7 ol.l -1. Les cristaux de chlorure de sodiu coencent à apparaître quand la solution est saturée c'est-à-dire quand sa concentration devient égale à C s = 6,2 ol.l -1. Le volue atteint est alors V 2. On écrit la conservation du nobre de oles lors de cette évaporation : C 4,7 C.V 1 = Cs.V 2 d où V 2 = V1 V.0,5 C 2 = V 2 = 0,38 L 6,2 s 7

8 8 Hachette 12 p 200 Solubilité du chlorure de ercure Le tableau ci-dessous donne la solubilité du chlorure de ercure (II) en fonction de la tepérature : Tepérature ( C) Solubilté (ol.l -1 ) 0,18 0,21 0,24 0,38 0,60 1. Tracer le graphe représentant la solubilité, en ol.l -1 du chlorure de ercure (II) en fonction de la tepérature. 2. On prépare 100 L de solution saturée à 50 C et on la refroidit à 25 C. Déteriner la solubilité du chlorure de ercure (II) à ces deux tepératures. 3. On filtre le élange obtenu. Quelle asse doit-on trouver? 1. graphe s = f(t) solubilité=f(tepérature) 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0, tepérature 3. On rearque sur le tableau précédent les solubilités du chlorure de ercure : - 50 C s 1 = 0,47 ol.l C s 2 = 0,27 ol.l Lors du refroidisseent, la solubilité diinue et le chlorure de ercure précipite. La asse obtenue est = n. n = (s 1 -s 2 ) V = (s 1 -s 2 ) V Nuériqueent : V = 100 L = 0,1 L asse olaire de HgCl 2 = (35,5x2) = 270 g.ol -1 = (0,47 0,27) x 0,1 x 270 = 5,4 g 8

9 9 Hachette 6 p 199 Dissolution exotherique. La chaleur olaire de dissolution de l hydroxyde de potassiu ou potasse est Q diss = -55 kj.ol -1. On dissout 11,2g de potasse dans 100 L d eau à 22 C. Le systèe «solution-caloriètre-accessoires» a une capacité therique µ = 730 J. C Quelle quantité de potasse a-t-on dissous? 2. En déduire la chaleur de dissolution ise en jeu lors de cette dissolution. 3. Quelle est la tepérature finale de la solution en fin de dissolution. Données : asses olaires en g.ol -1 (H) = 1 ; (O) = 16 ; (K) = La quantité de potasse dissoute est : n = où est la asse dissoute : = 11,2 g la asse olaire = = 56 g.ol -1 11,2 n = n = 0,20 ol La quantité de chaleur due à la dissolution est Q = n.q diss Q = 0,2 x (-55) Q = -11 kj Cette quantité de chaleur est négative : elle quitte le systèe «potasse de asse non dissoute» 3. Pour déteriner la tepérature finale de la solution on écrit que le systèe «potasse + solution+ caloriètre + accesssoires». est isolé et donc que sa variation d énergie est nulle. Si Q est la quantité de chaleur reçue par le systèe (Q > 0) : Q + Q = 0. Q sert à élever la tepérature du systèe de θ. Q = µ. θ ; Q = µ. (θ 2 θ 1 ), θ 1, tepérature initiale : θ 1 = 22 C, et θ 2, tepérature finale Q' Q θ 2 = + θ 1 θ 2 = + θ 1 µ µ 11 Nuériqueent : θ 2 = + 22 θ 2 = 37 C 0,73 9

10 Dissolutions et calcul s de quantités de chaleur 10 Hachette 7 p 199 Dissolution exotherique : Dans un caloriètre contenant 100 L d eau distillée on dissout 0,2 ol de nitrate d aoniu. Le systèe «solution-caloriètre-accessoires» a une capacité therique µ = 750 J. C -1. Lors de cette dissolution, la tepérature de la solution diinue de 7 C. 1. Calculer la chaleur de dissolution de 0,2 ol de nitrate d aoniu. 2. En déduire la chaleur olaire de dissolution de ce coposé ionique. 3. La solubilité du nitrate d aoniu augente-t-elle lorsque la tepérature croît? On rappelle que la solubilité d un coposé ionique augente lorsque sa tepérature s élève si sa dissolution est endotherique. 1. Soit Q la chaleur de dissolution de n = 0,2 ol de nitrate d aoniu. Soit Q la quantité de chaleur reçue par le systèe isolé «solution-caloriètre-accessoires» lors de la dissolution : Q + Q = 0 Q = -Q ; Q = µ. θ ; θ est la variation de tepérature ici θ <0 Q = - µ. θ Nuériqueent :Q = - 0,750 x (-7) Q = + 5,25 kj Q > 0 cette dissolution est endotherique ; le systèe prend de la chaleur à l extérieur lors de la dissolution. Q 2. Q diss : chaleur olaire de dissolution : Q diss = n 5,25 Nuériqueent : Q diss = Q diss = + 26,25 kj.ol -1 0,2 3. Q diss > 0 la dissolution est endotherique, Le nitrate d aoniu a besoin de chaleur pour se dissoudre. L augentation de la tepérature favorise la dissolution. La solubilité du nitrate d aoniu augente quand la tepérature augente. 10

11 11 Hachette 23 p 201 Déterination expérientale de chaleur de dissolution La dissolution, dans un caloriètre de 1,90 g de chlorure de agnésiu anhydre dans 100 L d eau s accopagne d une élévation de tepérature de la solution de 4,5 C. La capacité therique du caloriètre et de ses accessoires est µ= 290 J. C En assiilant la capacité therique assique de la solution obtenue à celle de l eau pure, calculer la chaleur reçue par la solution et le caloriètre. En déduire la chaleur fournie par la dissolution de 1,90 g de chlorure de agnésiu anhydre. 2. Quelles sont la forule et la asse olaire du chlorure de agnésiu anhydre? 3. En déduire la chaleur olaire du chlorure de agnésiu anhydre. Données : capacité therique de l eau, c e = 4,18 J.g -1. C -1 asses olaires en g.ol -1 (g) = 24 ; (Cl) = 35,5 1. Soit Q, la chaleur reçue par la solution et le caloriètre : µ (J. C ) Q = (µ + c e ) θ c e (g) (J. C θ( C) ) Q est Joules Nuériqueent : Q = [(290 + (100 x4,18)]4,5 Q = 3180 J = 3,18 kj La quantité de chaleur libérée par la dissolution de = 1,90 g de chlorure de agnésiu anhydre est égale à -Q. Cette dissolution est exotherique. 2. chlorure de agnésiu anhydre, forule : gcl 2 asse olaire : = 24 + (35,5 x 2) = 94,5 g.ol Chaleur olaire de dissolution : chaleur libérée par la dissolution d une ole de Q chlorure de agnésiu anhydre Q diss = = Q diss = Q n 94,5 Nuériqueent : Q diss = 3,18x Q diss = -158 kj.ol -1 1,90 11

12 2. dissolution de coposés oléculaires L essentiel Une olécule est polaire si : - elle possède une ou plusieurs liaisons de covalence polarisée ; - sa géoètrie est telle que les polarités des liaisons ne se copensent pas. Lorsqu un atoe d hydrogène est lié à un atoe A d un éléent très électronégatif (F, O ou N), il s établit une interaction électrostatique entre l atoe d hydrogène et un autre atoe B très électronégatif (F, O ou N) d une olécule voisine. Cette interaction est appelée «liaison hydrogène» Les coposés dont les olécules sont polaires sont très solubles dans l eau, on dit qu ils sont hydrophiles. Les coposés dont les olécules sont apolaires sont pratiqueent insolubles dans l eau, on dit qu ils sont hydrophobes. Lorsque des coposés coportant un groupe acide ou basique sont solubles dans l eau, ils réagissent avec l eau en donnant des ions hydroniu H 3 O + aq ou hydroxyde OH - aq AH + H 2 O H 3 O + + A - B + H 2 O BH + + OH - 1 Nathan 16p203 Dissolution du glucose. La solution saturée de glucose dans l eau à 25 C, a une asse voluique de 1,19 g.c Sachant que la solubilité du glucose dans l eau est de 49,5 g pour 100 g de solution, déteriner la concentration assique de la solution saturée. 2. Quelle asse de glucose doit-on dissoudre pour obtenir 100 L de solution? 3. Dans quel volue d eau distillée? 1. Le volue V d une solution de asse et de asse voluique µ est : V = µ On connaît la asse soluté de glucose dissous dans cette solution. On rappelle l expression de la concentration assique : soluté, (g) soluté Par définition, c = V donc = soluté c. µ unités : µ (g.l ). c ( g.l ) Nuériqueent : - asse de glucose dissoute soluté = 49,5 g ; - asse de la solution saturée obtenue : = 100 g ; - asse voluique de cette solution : µ = 1,19 g.c -3 = g.l -1 49,5 d où c = x Concentration assique de la solution : c = 589 g.l -1 12

13 2. asse de glucose à dissoudre pour obtenir 100 L de solution saturée : c (g.l ) soluté de la définition, c = on tire V V c. soluté = unités : V (L) (g) Nuériqueent : - volue de la solution : v solution = 100 L = 0,1 L ; -concentration assique : c = 589 g.l -1 d où soluté = 589 x 0,1 asse de glucose à dissoudre pour obtenir 100 L de solution : soluté soluté = 58,9 g 3. Dans quel volue d eau distillée v o cette asse de glucose doit-elle être dissoute? On cherche d abord la asse o du volue v o d eau distillée La asse o de l eau distillée présente dans la solution est égale à la différence entre la asse totale de la solution et la asse de glucose dissoute: La asse totale de la solution saturée est µ. v solution o = µ.v soluté Nuériqueent : - asse voluique de la solution saturée :µ = g.l -1 - volue de la solution saturée : V = 0,10 L - asse de glucose dissoute : soluté = 58,9 g D où o = x 0,10 58,9 o =60,1 g. La asse voluique de l eau distillée est de 1g.c -3. Le volue de l eau distillée nécessaire à la dissolution de 58,9 g de glucose pour faire une solution de 100 L est v o = 60,1 L 2 Nathan 17 p203 Solution de saccharose Quelle est la asse voluique d une solution saturée de saccharose (sucre ordinaire) sachant que sa concentration est 909 g.l -1 et que l évaporation à sec de 100 g de solution conduit à 67,9 g de saccharose. Le résidu de saccharose obtenu par évaporation à sec est la asse dissoute soluté. La solution saturée obtenue a un volue V. qu on peut exprier à partir de la définition de la soluté concentration olaire : V =. La asse voluique s exprie alors par : c solution µ =. c unités : soluté c µ (g.l soluté, (g) ( g.l ) ) Nuériqueent : - asse de la solution saturée : solution = 100 g - asse de saccharose dissout : soluté = 67,9 g - concentration olaire de la solution saturée ; c = 909 g.l d où µ = 909 asse voluique de la solution de saccharose : µ = 1, g.l-1 67,9 13

14 3 Nathan ex résolu p Déteriner si la olécule de dioxyde de soufre SO 2 est polaire à l aide des indications suivantes : - cette olécule est plane ( puisque forée de 3 atoes) et coudée( en fore de V), avec un angle de 120 ; - les électronégativités de l oxygène et du soufre dans l échelle de Pauling valent respectiveent 3,5 et 2,5. 2. Que peut-on en déduire à propos de la solubilité du dioxyde de soufre dans l eau? 1. - La différence des électronégativités des éléents oxygène et soufre est de : 3,5 2,5 =1>0,3. Les liaisons O S sont donc polarisées - On attribue une charge partielle δ - à l éléént oxygène qui est l éléent le plus électronégatif, et une charge partielle δ + à l éléent soufre. D où une charge globale de 2δ + sur l éléent soufre, en considérant les deux liaisons O S. - Déterinons le barycentre des deux charges δ -. Il est situé au point G à i-distance des deux atoes d oxygène puisque les charges partielles sont égales. Il ne se confond pas avec celui des charges positives : la olécule de dioxyde de soufre est polaire. O δ -. 2δ + S 120 G(2δ - ) O δ - 2. On en déduit que la olécule de dioxyde de soufre est soluble dans l eau. Effectiveent, sa solubilité à 20 C est d environ 40 litres par litre d eau 14

15 4 Hachette 14 p 217 Solution de éthanaine La éthanaine CH 3 NH 2 est un gaz très soluble dans l eau. On dispose d une solution coerciale de éthanaine de densité par rapport à l eau d = 0,93 et contenant en asse 40% de éthanaine pure. 1. Déteriner les concentrations assique t et olaire c de cette solution. 2. Cette solution a été préparée par dissolution d un volue V de gaz. Déteriner le volue de gaz utilisé pour préparer un litre de celle-ci. Donnée : volue olaire des gaz V = 25 L.ol Concentration assique : c est la asse de éthanaine dissoute dans un litre de solution ; elle s exprie en g.l -1. La asse d un litre de solution est = dµ 0 V = 0,93x1x1000 La asse de éthanaine dissoute est t = 0,40 t = 0,4x0,93x1x1000 t = 372 g.l -1 t Concentration olaire : c =,, asse olaire de la éthanaine = = 31 g.ol c = c = 12 ol.l Volue de éthanaine utilisé : V = nv avec n, nobre de oles dissoutes dans un litre Nuériqueent : n = 12 ol V = 12x25 V = 300L Une solution de volue 1L a dissout 300 L de éthanaine La éthanaine est en effet un gaz très soluble dans l eau. 5 Hachette 16 p 218 Précipitation et solubilité A 20 C, la solubilité du dioxyde de carbone, sous un bar est de 3, ol.l -1. On fait totaleent réagir le dioxyde de carbone contenu, à 20 C, dans 500 L d une solution saturée de dioxyde de carbone avec de l eau de chaux en excès. Le précipité obtenu est filtré, rincé, séché, puis pesé. 1. Quelle quantité de dioxyde de carbone contient cette solution? 2. Ecrire l équation de la réaction de précipitation qui se produit. En déduire la asse de précipité obtenu. Données : asses olaires en g.ol -1 : (C) = 12 ; (O) = 16 ; (Ca) = Quantité de dioxyde de carbone contenue dans la solution saturée de volue v n =CV C = 3, ol.l - 1 ; v = 500 L n = 3, x 0,5 ; n =1, ol 2. Equation de la réaction : CO 2 + Ca(OH) 2 CaCO 3 + H 2 O où l on voit que n ol de CO 2 donnent n ol de CaCO 3 La asse du précipité de CaCO 3 obtenu est = n, asse olaire de CaCO 3 = (16x3) = 100 g.ol -1 = 1, x 100 asse du précipité obtenu : = 1,9 g 6 Hachette 18 p

16 Solution d acide forique : L acide forique a pour forule de Lewis H C O O H C est le plus siple des acides carboxyliques. A 25 C, sous 1 bar, c est un liquide très soluble dans l eau. On dispose d une solution aqueuse d acide forique de densité par rapport à l eau d = 1,18 et contenant 80 % en asse d acide forique pur. On désire préparer 250 L d une solution à 1,0 ol.l -1 d acide forique. 1. A l aide d un schéa, justifier la grande solubilité de l acide forique dans l eau. Coent justifier le caractère acide de la solution obtenue? Coent le ettre en évidence? 2. Déteriner la concentration assique et olaire de la solution ère. 3. En déduire le volue V de solution ère nécessaire à la préparation de la solution fille. 4. Décrire les diverses étapes de la préparation. 1. ) La olécule d eau est polaire. Les liaisons O H sont polarisées. Des «liaisons hydrogène» s installent entre les atoes H de l eau et les atoes O de l acide forique portant deux doublets d électrons,. Les olécules d acide se glissent ainsi entre les olécules d eau, ce qui explique la grande solubilité de l acide ci explique H C O O H H O H H O H Lors de la dissolution, certaines olécules d acide forique réagissent avec l eau selon la réaction d équation-bilan : HCOOH + H 2 O HCOO - + H 3 O + Les ions H 3 O + sont is en évidence une solution initialeent verte de B.B.T. qui vire au jaune 2. concentration assique de la solution ère : asse d acide forique contenue dans un litre : t = 0,8 x 1,18 x 1000 ; t = 944 g.l -1 concentration olaire de la solution ère: HCOOH ; = (2x16) = 46 g.ol -1 t C = ou est la asse olaire de 16

17 944 C = C = 20,5 ol.l On prélève n = CV ol dans la solution ère que l on dilue pour obtenir une solution fille de concentration C = 1,0 ol.l -1 de volue V = 250 L. On écrit la conservation du nobre de oles : CV = C V d où C'.V' V = C 1,0 250 V = V = 12,2 L 20,5 4. Préparation de la solution : 12,2 L de solution ère sont prélevés à la pipette graduée ou avec une burette, versés dans une fiole jaugée de 250 L coplétée jusqu au trait de jauge avec de l eau distillée et enfin hoogénéisée 7 Hachette 20 p 218 La dissolution de l acide sulfurique est très exotherique : Q diss = -84 kj.ol -1 On dispose d acide sulfurique pur, de densité par rapport à l eau d = 1,83. Dans un bécher contenant 95 L d eau, prise à 20 C, on ajoute avec précaution 5 L de cet acide égaleent à 20 C ; on agite la solution obtenue et l on relève la tepérature finale θ. 1. Ecrire l équation-bilan de la dissolution de l acide sulfurique dans l eau. Rappeler les tests qui perettent de vérifier la présence des ions sulfate et hydroniu en solution. 2. Déteriner la quantité d acide introduit dans l eau. En déduire la chaleur ise en jeu lors de cette dissolution. 3. En négligeant la capacité therique du bécher et les pertes theriques, déteriner l élévation de tepérature de la solution et sa tepérature finale t f. Donnée : capacité therique de la solution, c = 4,18 J.g -1 C Equation de dissolution de H 2 SO 4 H 2 SO 4 + 2H 2 O SO + 2H3O Les ions SO 4 sont is en évidence par le précipté blanc obtenu avec quelques gouttes de sulfate de baryu Les ions hydroniu sont is en évidence par la couleur jaune du B.B.T ou le test au papier ph. 2. Quantité n d acide introduite dans l eau : n = asse d acide introduite, asse olaire = µ.v µ, asse voluique de l acide ; V, volue de l acide versé V = 5 L µ (g.l ) µ.v n = V (L) n est en ol (g.ol ) Nuériqueent : - d après la définition de la densité d un liquide, sa asse voluique est :µ = µ 0.d, 17

18 µ 0, asse voluique de l eau, µ 0 = 1g.L -1 d où µ = 1,83 g.l -1 = 1, g.l -1 - V, volue de l acide versé V = 5 L = L -, asse olaire de H 2 SO 4 = 1x x4 = 98 g.ol ,83.10 x5.10 n = n = 9, ol 98 Rearque : on pouvait aussi laisser la asse voluique en g.l -1 et le volue en L. Il faut seuleent prendre des unités copatibles. Chaleur ise en jeu lors de cette dissolution : Q = n.q diss Nuériqueent :Q = 9, x (-84) Q = - 7, J 3. Elévation de tepérature : Q = - 7,84 kj Q θ = où s est la asse de la solution.c s 3 7,84.10 Nuériqueent : s ~ 100 g θ = = 18,8 C θ ~ 19 C 100 4,18 Tepérature finale :θ f ~ θ f ~ 39 C Rearque : en toute rigueur la asse de la solution forée de 95 L d eau et de 5 L d acide sulfurique de densité, 1,83 est s = x1,83 = 104,5 g ce qui conduit à 3 7,84.10 θ = θ = 18 C. L un coe l autre des calculs ontre que l élévation de 104,5 4,18 tepérature est élevée ce qui ontre que la dissolution de l acide sulfurique est très exotherique. Conséquence d ordre expériental : il faut verser l acide dans l eau et non l eau dans l acide. En effet si on verse un volue faible d acide dans l eau, la chaleur dégagée se répand dans l eau et l élévation de tepérature est peu élevée. Si on verse quelques gouttes d eau dans l acide la chaleur dégagée vaporise la preière goutte d eau et il se produit des projections dangereuses. Faut-il faire une doc sur les lessives? ********************************************************************** 18