LES SOLUTIONS ÉLECTROLYTIQUES

Transcription

1 L au a la particularité d pouvoir dissoudr ds composés ioniqus. n obtint ds solutions applés solutions ioniqus ou solutions élctrolytiqus. LES SLUTINS ÉLECTRLYTIQUES Voyons commnt st constitué un solid ioniqu. I- LE SLIDE INIQUE ACTIVITÉ DCUMENTAIRE : ETUDE D UN SLIDE INIQUE BSERVATIN D UN SLIDE INIQUE 1- Indiqur ls ions qui sont n contact ntr ux. Ls ions sont n contact avc ds ions d chargs opposés c st-à-dir un ion chlorur Cl st n contact avc ds ions sodium Na + t un ion sodium Na + st n contact avc ds ions chlorur Cl. 2- Dans l chlorur d sodium, combin un ion Na + a-t-il d voisins Cl immédiats? Combin un ion Cl a-t-il d voisins Na + immédiats? L ion Na + a 6 ions chlorur Cl comm voisins. L ion Cl a 6 ions sodium Na + comm voisins. NEUTRALITÉ ELECTRIQUE D UN SLIDE INIQUE 1- Pour l solid ioniqu NaCl, calculr l nombr d ions sodium t d ions chlorur contnus dans un cub élémntair. Pour cla, rmplissz l tablau ci-dssous : Plac dans l cub Ion sodium Na + Ion chlorur Cl à l intériur 1 1 = = 0 sur un fac 0 1/2 = 0 6 1/2 = 3 sur un arêt 12 1/4 = 3 0 1/4 = 0 sur un sommt 0 1/8 = 0 8 1/8 = 1 TTAL L cub élémntair d un solid ioniqu rspct-t-il la nutralité élctriqu? ui 3- Macroscopiqumnt, l solid ioniqu st-il élctriqumnt nutr? L solid ioniqu st constitué d l arrangmnt d un grand nombr d cubs élémntairs élctriqumnt nutr. Il st donc égalmnt élctriqumnt nutr.

2 LA CÉSIN DU SLIDE INIQUE 1- Calculr la valur d la forc d intraction élctriqu ntr dux ions d sign contrair ls plus prochs. F Cl - / Na + = k q - q Cl Na 2 + = k d 2 ( r Na + r Cl - ) = 9, , , , = 2 2, N 2- La distanc minimal séparant l cntr d dux ions d mêm sign vaut 0,395 nm. Calculr la F Cl - / Cl - valur d la forc d intraction élctriqu ntr dux ions d mêm sign ls plus prochs. = F Na + / Na + 3- Commnt xpliqur la cohésion du solid ioniqu. F Cl - / Na + = k q - q Cl Cl - = k q Na + q Na + = k 2 d 2 d 2 d = 9, , = 1, N 2 3, = 2 F Cl - / Cl - = 2 F Na + / Na + Attractiv Répulsiv Cohésion du solid ioniqu Bilan d l activité : Un solid ioniqu st constitué d un mpilmnt compact régulir dans l spac d anions t d cations n nombr tl qu la nutralité élctriqu du solid soit assuré. Dans un solid ioniqu, ls ions xrcnt ls uns sur ls autrs ds intractions élctriqus d 2 typs : - intractions attractivs ntr ions d signs contrairs. - intractions répulsivs ntr ions d mêm sign. Ls forcs d intractions élctriqus attractivs l mportnt sur ls forcs d intractions élctriqus répulsivs, c qui confèr un grand cohésion au solid ioniqu. II- BTENTIN D UNE SLUTIN ÉLECTRLYTIQUE PAR DISSLUTIN 1- D un solid ioniqu dans l au Voir fich Isabll Tarrid 2- D un liquid dans l au (dilution) Voir fich Isabll Tarrid Voyons si la dissolution d un gaz dans l au conduit à un solution élctrolytiqu ou un solution ioniqu. 3- D un gaz dans l au VIR TP 3 - Vidéo d l'xpérinc - En local si problèm

3 MANIPULATIN : - n dispos d un ballon, frmé par un bouchon muni d un tub d vrr t d un tuyau n caoutchouc. L ballon a été préalablmnt rmpli d chlorur d hydrogèn gazux Cl (g). - n rtourn l ballon rmpli d chlorur d hydrogèn au dssus du cristallisoir. n plong l xtrémité du tuyau n caoutchouc dans l au. n ouvr la pinc d Mohr. n pinc l tuyau n caoutchouc. n rtourn l nsmbl pour qu qulqus goutts d au tombnt dans l ballon. - n rtourn l ballon t on plong, à nouvau, l xtrémité du tuyau n caoutchouc dans l au, dans laqull on a disposé qulqus goutts d héliantin. bsrvations. L au s élèv rapidmnt t jaillit dans l ballon. Dans l ballon, la solution obtnu s color n ros. - n vrs, dans un tub à ssai, qulqus ml d solution obtnu t on ajout qulqus goutts d solution aquus d nitrat d argnt. bsrvation. Formation d un précipité blanc QUESTINS : 1- Expliqur l apparition du jt d au. Pour qu l au soit aspiré dans l ballon, il faut qu la prssion à l intériur du ballon soit infériur à la prssion atmosphériqu (prssion à l xtériur du ballon). Lorsqu l on mt qulqus goutts d au dans l ballon, il n y a pas variation du volum du gaz à l intériur, ni variation d la tmpératur. Donc pour avoir un diminution d la prssion, il faut un diminution d la quantité d matièr d gaz. Donc il y a dissolution du chlorur d hydrogèn dans ls prmièrs goutts d au introduits. Rmarqu : s(cl) = 3, L d gaz dans 1L d au 2- Exploitr ls résultats ds tsts avc l héliantin t avc la solution aquus d nitrat d argnt. Il y a apparition d ions + (aq) t d ions Cl (aq). 3- Décrir l systèm à l état initial t à l état final. Y a-t-il u transformation chimiqu? oui Etat Initial 2 (l) Cl (g) Etat Final + (aq) Cl (aq) 2 (l)

4 4- En déduir l équation d la réaction d dissolution du chlorur d hydrogèn dans l au. Cl (g) + (aq) + Cl (aq) 5- Ctt xpérinc port l nom «d xpérinc du jt d au». Est-il qustion d un jt d au pur? L liquid qui jaillit dans l ballon st n réalité un solution contnant ds ions + (aq) t ds ions Cl (aq). Il s agit d un solution aquus d chlorur d hydrogèn applé aussi acid chlorhydriqu. Voyons si un molécul st polair ou pas. III- LE CARACTÈRE DIPLAIRE D UNE MLÉCULE 1- Liaison covalnt polarisé Vous avz vu, n class d scond, qu un molécul st constitué d atoms liés ntr ux par ds liaisons covalnts. Un liaison covalnt résult d la mis n commun d 2 élctrons appartnant à ds couchs élctroniqus xtrns. Chaqu atom apport 1 élctron. L doublt d élctrons, ainsi constitué, st localisé ntr ls 2 atoms. Dans d nombrux cas, un ds dux atoms a plus ou moins tndanc à attirr l doublt d élctrons d la liaison covalnt. Ctt tndanc st désigné par l trm élctronégativité. Plus un atom st élctronégatif t plus il attir l doublt d la liaison covalnt vrs lui. Résumons cci. Un liaison covalnt li dux atoms t résult d la mis n commun d dux élctrons appartnant à ds couchs élctroniqus xtrns. Chaqu atom apport un élctron. Dans d nombrux cas, l doublt d élctrons d un liaison covalnt st attiré par l un ds dux atoms. n dit qu ct atom st plus élctronégatif qu l autr. La liaison st alors applé liaison covalnt polarisé. Définissons l élctronégativité. L élctronégativité d un élémnt traduit l aptitud d un atom d ct élémnt à attirr vrs lui

5 l doublt d élctrons d un liaison covalnt qu il form avc un autr atom. Rmarqu : il y a un rlation ntr l élctronégativité d un élémnt t sa plac dans la classification périodiqu. I II III IV V VI VII VIII Li B B C N F N Na Mg Al Si P S Cl Ar K Ca Ga G As S Br Kr élctronégativité croissant Elémnts ls plus élctronégatifs Elémnts ls moins élctronégatifs Passons à l étud d la molécul d chlorur d hydrogèn. 2- Molécul d chlorur d hydrogèn Cl Qustions : - Rgardr la classification périodiqu, qul st l atom l plus élctronégatif : ou Cl? Cl - La liaison covalnt ntr t Cl st-ll polarisé? ui, car l atom d chlor attir l doublt d élctrons d la liaison covalnt. C qui fait qu l on put considérr qu l atom d chlor Cl st portur d un charg partill noté δ t qu l atom d hydrogèn st portur d un charg partill noté. Résumons cci. En rgardant la classification périodiqu, on s aprçoit qu l atom d chlor Cl st plus élctronégatif qu l atom d hydrogèn. C qui fait qu la liaison Cl st un liaison covalnt polarisé. n put considérr qu l atom d chlor t l atom d hydrogèn sont porturs d un ptit charg élctriqu applé charg partill. La charg partill porté par l atom d chlor st négativ t st noté δ (0 < δ < -) puis la charg partill porté par l atom d hydrogèn st positiv t st noté (0 < < -).

6 δ+ δ- Cl Passons au cas d la molécul d au. 3- Molécul d au 2 ACTIVITÉ : a. Donnr la rprésntation d Cram d la molécul d au. b. Rgardr la classification périodiqu ds élémnts t précisr si la liaison st polarisé. Justifir. L atom d oxygèn st plus élctronégatif qu l atom d hydrogèn donc il attir plus l doublt d élctrons d la liaison covalnt donc la liaison st un liaison covalnt polarisé. c. Indiqur ls chargs partills positivs t négativs. δ - δ - 2δ - d. Indiqur l barycntr ds chargs partills positivs ainsi qu l barycntr ds chargs partills négativs. 2δ - 2δ - 2δ - B 2 B 2. Cs barycntrs sont-ils au mêm ndroit? Non C qui fait qu on obtint un molécul présntant un caractèr dipolair.

7 4- Caractèr dipolair d un molécul Qustion : Quand avons-nous un molécul qui présnt un caractèr dipolair? Un molécul présnt un caractèr dipolair ou st qualifié d polair si ll présnt au moins un liaison covalnt polarisé t sa géométri st tll qu l barycntr ds chargs partills positivs n coïncid pas avc l barycntr ds chargs partills négativs. La molécul constitu un dipôl élctrostatiqu prmannt avc un pôl positif (l barycntr ds chargs partills positivs) t un pôl négatif (l barycntr ds chargs partills négativs). n l rprésnt ainsi : δ - Voyons c qu il s pass lorsqu l on dispos un solid ioniqu dans un solvant comm l au afin d obtnir un solution ioniqu ou élctrolytiqu. IV- SLVATATIN DES INS Cf documnt 21 pag 47 Lorsqu on introduit un solid ioniqu dans l au, il y a ds intractions élctriqus ntr ls moléculs d au t ls ions qui s trouvnt à la surfac du solid. Cs intractions affaiblissnt ls intractions élctriqus assurant la cohésion du solid ioniqu : l solid ioniqu s disloqu. Ls ions s ntournt ainsi d plusiurs moléculs d au qui ls mpêchnt d s rapprochr ls uns ds autrs : on dit qu ils s solvatnt ou s hydratnt. Qustion : Commnt s orintnt ls moléculs d au autour d'un cation? Intraction élctriqu ntr l cation t l pôl négatif du dipôl

8 Qustion : Commnt s orintnt ls moléculs d au autour d un anion? Intraction élctriqu ntr l anion t l pôl positif du dipôl Rmarqu : L nombr d moléculs d au ntourant un ion n solution dépnd d la charg t d la taill d l ion. Rmarqu : cas particulir d l ion hydrogèn L ion hydrogèn + st très ptit. Lorsqu l ion hydrogèn + st n solution, il st solvaté. L intraction élctriqu ntr lui t la molécul d au qui l ntour st très élvé donc il s établit un liaison covalnt t on obtint l ion oxonium 3 +. Passons à l étud ds concntrations molairs. V- CNCENTRATINS MLAIRES 1- Concntration molair d soluté apporté La concntration molair d soluté apporté, noté c, st l rapport d la quantité d matièr n d soluté dissout lors d la préparation par l volum V d solution préparé : n n mol c = n V avc V n L c n mol.l Concntration molair ffctiv ds spècs chimiqus dissouts

9 La concntration molair ffctiv d'un ion X n solution, noté [X], st la quantité d matièr n X d ct ion présnt dans un volum V d solution : n X n mol [ X ] = n X V avc V n L [X] n mol.l -1 ACTIVITÉ Pour préparr 250 ml d solution aquus d sulfat d sodium, on dissout 3,0 g d sulfat d sodium Na 2 S 4 (s). 1- Calculr la quantité d matièr d soluté à dissoudr. n Na 2 S 4 = m Na 2 S 4 M Na2 S 4 = 3,0 142,1 = 2, mol car M Na2 S 4 = 2 M Na M S 4 M = 2 23,0 32,1 4 16,0 = 142,1 g.mol 1 2- Calculr la concntration molair d soluté apporté d ctt solution. c Na2 S 4 = n Na 2 S 4 V solution = 2, , = 8, mol.l 1 3- Ecrir l équation d dissolution du sulfat d sodium dans l au. Na 2 S 4 (s) 2 Na + (aq) + S 4 2 (aq) 4- Détrminr ls quantités d matièr ds ions sodium t ds ions sulfat présnts dans ctt solution. n Na + = 2 n Na 2 S 4 = 4, mol n S4 2- = n Na 2 S 4 = 2, mol 5- Calculr la concntration molair ffctiv ds ions sodium t ds ions sulfat. [ Na + ] = n Na + V solution = 4, , = 1, mol.l 1 = 2 c Na 2 S 4 [ S 4 2- ] = n S4 2- V solution = 2, , = 8, mol.l 1 = c Na 2 S 4 Bilan : rlation ntr concntration molair d soluté apporté c t concntration molair ffctiv [X] d un ion X n solution issu du soluté : [X] = nombr stochiométriqu dvant l ion X c Exrcic 17 p 54 ; 18 t 20 p55 ; 24 p 56