PARTIE 1 : Solubilité / Miscibilité. 1. Type des liaisons : donc la liaison I I est une liaison COVALENTE APOLAIRE.

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Liliane Archambault
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1 Chapitre 0 : Dissolution de composés solides ou moléculaires TP : Dissolution et Extraction L/L ; interprétations à l aide de la notion de polarité CORRIGE. Type des liaisons : PARTIE : Solubilité / Miscibilité la liaison C H : Χ P (C H) Χ P (C) Χ P (H) 2,55 2,20 0,35 < 0, 4 donc la liaison C H est une liaison COVALENTE APOLAIRE. C H la liaison C O : Χ P (C O) Χ P (O) Χ P (C) 3,44 2,55 0,89 [0, 4 ;, 7] donc la liaison C O est une liaison COVALENTE POLAIRE. C δ+ O δ μ C O la liaison O H : Χ P (O H) Χ P (O) Χ P (H) 3,44 2,20,24 [0, 4 ;, 7] donc la liaison O H est une liaison COVALENTE POLAIRE. H δ+ O δ μ O H la liaison I I : Χ P (I I) 0 < 0, 4 donc la liaison I I est une liaison COVALENTE APOLAIRE. I I la liaison Fe Cl : Χ P (Fe Cl) Χ P (Cl) Χ P (Fe) 3,6,83,33 [0, 4 ;, 7] donc a priori la liaison Fe Cl est une liaison COVALENTE POLAIRE, en réalité on a affaire à une liaison IONIQUE. On atteint ici la limite de cette approche, FeCl 3 est un cristal ionique de structure cristalline hexagonale ne pouvant pas être interprétée par simple différence d électronégativité. Fe 3+, 3 Cl Page sur 8

la liaison Na Cl : Χ P (Na Cl) Χ P (Cl) Χ P (Na) 3,6 0,93 2,23 >, 7 donc la liaison Na Cl est une liaison IONIQUE. Na + Cl 2.

C-O et O-H covalentes polaires - moment dipolaire total non nul POLAIRE - liaisons O-H covalentes polaires - moment

liaison C-O covalente polaire APOLAIRE liaison entre mêmes atomes saccharose sulfate de fer (III) chlorure de sodium POLAIRE

2 la liaison Na Cl : Χ P (Na Cl) Χ P (Cl) Χ P (Na) 3,6 0,93 2,23 >, 7 donc la liaison Na Cl est une liaison IONIQUE. Na + Cl 2. Document : heptane éthanol eau μ total μ total APOLAIRE que des liaisons C-H et C-C covalentes apolaires POLAIRE - liaisons C-O et O-H covalentes polaires - moment dipolaire total non nul POLAIRE - liaisons O-H covalentes polaires - moment dipolaire total non nul cyclohexane acétone diiode μ C O APOLAIRE que des liaisons C-H et C-C covalentes apolaires POLAIRE - liaison C-O covalente polaire APOLAIRE liaison entre mêmes atomes saccharose sulfate de fer (III) chlorure de sodium POLAIRE - liaisons C-O et O-H covalentes polaires - moment dipolaire total non nul (trop compliqué à représenter) IONIQUE IONIQUE Page 2 sur 8

3 3. Document 2 : Tube Tube 2 Tube 3 Tube 4 pointe de spatule de soluté polaire ou ionique polaire ou ionique apolaire apolaire Espèce chimique choisie chlorure de sodium saccharose diiode diiode ml de solvant polaire apolaire polaire apolaire Espèce chimique choisie eau heptane éthanol cyclohexane Observation mélange homogène mélange hétérogène mélange hétérogène mélange homogène Conclusion un soluté ionique est soluble dans les solvants polaires un soluté polaire est insoluble dans un solvant apolaire un soluté apolaire est insoluble dans un solvant polaire un soluté apolaire est soluble dans un solvant apolaire Tube 5 Tube 6 Tube 7 2 ml de solvant polaire apolaire apolaire Espèce chimique eau cyclohexane heptane choisie ml de solvant 2 polaire apolaire polaire Espèce chimique choisie éthanol heptane acétone Observation mélange homogène mélange homogène mélange hétérogène Conclusion 2 solvants polaires sont miscibles 2 solvants apolaires sont miscibles solvant polaire n est pas miscible avec un solvant apolaire 4. Conclusion générale : Pour que 2 espèces chimiques soient miscibles / solubles entres elles, il est nécessaire qu elle soit du même type : - espèces chimiques ionique et polaire soluble dans solvants polaires ; - espèces chimiques apolaires solubles dans solvants apolaires. Page 3 sur 8

4 PARTIE 2 : Dissolution d espèces chimiques ioniques et moléculaires. Solution aqueuse de saccharose possible car : le saccharose est un soluté polaire soluble dans l eau qui est solvant polaire. Solution aqueuse de chlorure de fer (III) possible car : le chlorure de fer (III) est un soluté ionique soluble dans l eau qui est solvant polaire. 2. Dissolution du saccharose : 2.. Equation-bilan de dissolution du saccharose dans l eau : C 2 H 22 O eau (s) C 2 H 22 O (aq) 2.2. Schéma de la dissolution : 2.3. Concentration molaire en saccharose en solution : De l équation-bilan, on déduit que : n (C 2 H 22 O (s) ) n (C 2 H 22 O (aq) ) initial final m (C 2 H 22 O (s) ) M (C 2 H 22 O (s) ) [C 2H 22 O (aq) ] V(solution) [C 2 H 22 O (aq) ] m (C 2 H 22 O (s) ) M (C 2 H 22 O (s) ) V(solution) AN : [C 2 H 22 O (aq) ] 5, ,0. 0 3, mol. L Page 4 sur 8

5 3. Dissolution du chlorure de fer (III) : 3.. Equation-bilan de dissolution du chlorure de fer (III) dans l eau : FeCl eau 3 (s) Fe 3+ (aq) + 3 Cl (aq) ou à partir du chlorure de fer (III) héxahydraté : 3.2. Schéma de la dissolution : FeCl 3, 6H 2 O (s) eau Fe 3+ (aq) + 3 Cl (aq) 3.3. Hexahydraté : signifie que le cristal ionique de chlorure de fer (III) «capte» 6 molécules d eau dans son réseau cristallin en restant toujours solide Masse molaire du chlorure de fer (III) hexahydraté : M(FeCl 3, 6H 2 O ). M(Fe) + 3. M(Cl) + 2. M(H) + 6. M(O) 55, ,5 + 2, ,0 270,3 g. mol Ceci est bien en accord avec la valeur donnée dans le document Concentration molaire apportée en chlorure de fer : n(fecl 3, 6H 2 O (s) ) n(fecl 3, 6H 2 O (aq) ) m(fecl 3, 6H 2 O (s) ) M(FeCl 3, 6H 2 O (s) ) C(FeCl 3, 6H 2 O (s) ) V(solution) m(fecl 3, 6H 2 O (s) ) M(FeCl 3, 6H 2 O (s) ) C(FeCl 3 (s)) V(solution) Page 5 sur 8

6 C(FeCl 3 (s) ) m(fecl 3, 6H 2 O (s) ) M(FeCl 3, 6H 2 O (s) ) V(solution) AN : C(FeCl 3 (s) ),0 270,3 00, , mol. L 3.6. Concentrations molaires effectives en ions : De l équation-bilan, on déduit que : n(fecl 3 (s) ) initial n(fe 3+ (aq) ) final n(cl (aq) ) final puisque le volume de la solution est fixe et égal au volume de la fiole, on en déduit en divisant tous les membres par V(solution) que : 3 AN : et C(FeCl 3 (s) ) initial [Fe 3+ (aq) ] final [Cl (aq) ] final [Fe 3+ (aq) ] C(FeCl 3 (s) ) 4, mol. L [Cl (aq) ] 3 C(FeCl 3 (s) ),22. 0 mol. L Masse de solide pour obtenir une concentration molaire en ions chlorure de 0, 040 mol. L : Par un raisonnement analogue à celui fait dans la question 3.6. : C(FeCl 3 (s) ) [Cl (aq) ] 3 ] m(fecl 3, 6H 2 O (s) ) M(FeCl 3, 6H 2 O (s) ) V(solution) [Cl (aq) 3 AN : m(fecl 3, 6H 2 O (s) ) 3 [Cl (aq) ] M(FeCl 3, 6H 2 O (s) ) V(solution) m(fecl 3, 6H 2 O (s) ) 3 0, ,3 00, ,36 g soit le tiers de la masse prélevée lors de la manipulation. Page 6 sur 8

7 . Critères de choix d un solvant d extraction : PARTIE 3 : Extraction Liquide/Liquide - Le solvant d extraction doit être non miscible avec le solvant de départ ; - L espèce chimique à extraire doit être plus soluble dans le solvant d extraction que dans le solvant de départ. 2. Cyclohexane comme solvant d extraction pour cette manipulation : Ici le solvant de départ est l eau : l eau et le cyclohexane sont bien no miscibles ; Ici l espèce chimique à extraire est le diiode : le diiode est bien plus soluble dans le cyclohexane que dans l eau. Le cyclohexane peut donc être utilisé comme solvant d extraction pour cette manipulation. 3. Polarité du sulfate de cuivre (II) : Le sulfate de cuivre est un composé IONIQUE : cation cuivre (II) et anion sulfate. 4. Equation-bilan de dissolution du sulfate de cuivre (II) dans l eau : CuSO eau 4 (s) Cu 2+ 2 (aq) + SO 4 (aq) ou à partir du sulfate de cuivre pentahydraté : CuSO 4, 5 H 2 O eau (s) Cu 2+ 2 (aq) + SO 4 (aq) 5. Solubilité des espèces chimiques dans les solvants de départ et d extraction : 5.. Le sulfate de cuivre (II) est un composé IONIQUE, il est donc soluble dans les solvants POLAIRES comme l eau et insoluble dans les solvants APOLAIRES comme le cyclohexane Le diiode est un composé APOLAIRE, il est donc insoluble dans les solvants POLAIRES comme l eau et soluble dans les solvants APOLAIRES comme le cyclohexane Oui, car on comprend qu en terme de polarité et donc d affinité le diiode est beaucoup plus soluble dans le cyclohexane que dans l eau. 6. Schématisation des 2 étapes d extraction L/L : On constate d après le document 5 que : d(eau),00 > d(cyclohexane) 0,79. Ainsi la phase supérieure sera une solution avec pour solvant le cyclohexane ; la phase inférieure sera la solution aqueuse. RQ : les espèces chimiques solutés ne modifient, dans les concentrations molaires utilisées ici, que très peu les densités des solutions, on fait en bonne approximation que : d(solution) d(solvant). Page 7 sur 8

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