AIDE-MÉMOIRE. Solubilité TABLE DES MATIERES

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1 Collège Voltaire / Chimie /3ème / AIDE-MÉMOIRE Solubilité et ex/cours-ch3-solubilite.pdf TABLE DES MATIERES 4.A. Introduction et rappel B. Produit de solubilité (Ks)...3 Cas avec deux ions...3 Cas avec trois ions C. Solubilité d'une substance pure (S)...4 Cas avec deux ions...4 Cas avec trois ions...4 Cas d'un composé de formule générale AmBn D. Solubilité en présence d'un ion commun...5 Aspect qualitatif...5 Aspect quantitatif E. Solubilité d'un hydroxyde en fonction du ph F. Produit ionique (PI) comparé au produit de solubilité (Ks) G. Précipitation qualitative et quantitative - Séparations...7 Site : login : eleve/ mot de passe : volt1234

2 4.A. Introduction et rappel Que signifie le mot : solubilité? On appelle solubilité la quantité maximale de substance que l'on peut dissoudre dans un volume donné de solution à une température donnée. Remarque: Si, lors de la formation d'une solution, on dépasse la solubilité, il y a saturation. Le composé solide en excès, non dissous, est appelé précipité. Que signifie le mot : solution? On appelle solution un mélange homogène (les substances du mélange pas discernables à l œil) constitué d'un soluté (partie minoritaire) et d'un solvant (partie majoritaire). Dans ce chapitre, le solvant sera la plupart du temps l'eau. Que signifie le mot : dissolution? La dissolution est le processus physico-chimique par lequel un soluté est dissous dans un solvant pour former un mélange homogène appelé solution.. Source: La partie non dissoute, solide, est toujours sous forme d un composé ionique ( forme «moléculaire»). Que signifie le mot : dissociation? La dissociation en chimie et biochimie est un processus général dans lequel des molécules (ou composés ioniques tels que des sels, ou complexes) se dissocient ou se séparent en des particules plus petites telles que des atomes, ions ou radicaux, de manière souvent réversible. Source: Dans ce chapitre, les substances se dissocient en ions (cation:+ et anion :-) dans l'eau Illustration : dissolution et dissociation de AgCl dans l'eau Source: p.2

3 4.B. Produit de solubilité (K s ) Tout ce qui concerne le produit de solubilité (K s ) ne s'applique qu'à des substances peu solubles (remarque : NaCl très soluble). Les simplifications faites dans ce chapitre sont analogues à celles qui ont été faites pour l'eau (K e ) ou pour les acides (K a ). Nous examinerons successivement, dans ce paragraphe, deux cas : celui d'un sel constitué de deux ions. celui d'un sel constitué de trois ions. Cas avec deux ions Exemple : chlorure d'argent AgCl a) Avant la saturation, la réaction de dissociation s'écrit : AgCl Ag + + Cl b) Après saturation, elle devient : AgCl Ag + + Cl Remarque : AgCl, solide, est non dissous et non dissocié. c) On peut déterminer une constante d équilibre K C : K C = [ Ag+ ] [Cl ] [ AgCl ] La quantité de AgCl, solide, étant beaucoup plus grande que celle des Cl et Ag +, elle peut être considérée comme constante, car le produit de solubilité (K s ) ne s'applique qu'à des substances peu solubles (beaucoup de AgCl, peu de Cl et Ag + ) L'équation devient alors : [ AgCl ] K C = [ Ag + ] [ Cl ] = K s AgCl K s est le produit de solubilité mesuré à 25 C. K s AgCl = 1, Cas avec trois ions Exemple : Chromate d'argent Ag 2 CrO 4 Par analogie avec le cas du chlorure d'argent AgCl, nous pouvons écrire qu'à saturation, Ag 2 CrO 4 Ag 2 CrO 4, solide, est non dissous et non dissocié. 2 Ag + + CrO 4 2 [ Ag + ] 2 [ CrO 4 2 ] = K s Ag2 CrO 4 K s Ag2 CrO 4 = p.3

4 4.C. Solubilité d'une substance pure (S) Cas avec deux ions Exemple : chlorure d'argent AgCl En examinant la réaction de dissociation du AgCl, on s'aperçoit que le nombre de moles de AgCl dissoutes (système initial) est le même que le nombre de moles de Ag + ou de Cl (système final). On dit que la solubilité du chlorure d'argent (S AgCl ) est égale au nombre de moles de Ag + ou de Cl. AgCl Ag + + Cl S AgCl = [ Ag + ] = [ Cl ] Sachant que K s AgCl =[ Ag + ] [ Cl ], S AgCl = [ Ag + ]= K s AgCl Pour un composé contenant deux ions, la formule générale est : S = K s Cas avec trois ions Exemple : chromate d'argent Ag 2 CrO 4 En examinant la réaction de dissociation du Ag 2 CrO 4, on s'aperçoit que le nombre de moles de CrO 4 2 est le même que le nombre de moles de Ag 2 CrO 4 dissoutes, mais qu'il y a deux fois plus de Ag + que de Ag 2 CrO 4 dissous. On dit que la solubilité de Ag 2 CrO 4 est égale au nombre de moles de CrO 4 2. a) S 2 Ag 2 CrO = [ 4 CrO 4 ] = ½ [ Ag + ] Ag 2 CrO 4 2 Ag + + CrO 4 2 b) [ Ag + ] = 2 [ CrO4 2 ] comme : [ Ag + ] 2 [ CrO4 2 ] = K s Ag2 CrO 4 (2 [ CrO4 2 ]) 2 [ CrO4 2 ] = K s Ag2 CrO 4 4 [ CrO 4 2 ] 3 = K s Ag2 CrO 4 donc avec (a) et (b), on trouve: S 2 3 : Ag 2 CrO 4 = [ CrO 4 ] = K s Ag 2 CrO 4 4 Pour un composé contenant trois ions, la formule générale est : S = 3 K s 4 p.4

5 Cas d'un composé de formule générale A m B n Réaction de dissociation : A m B n m A + n B La solubilité est donnée par la relation : S = m+n K s m m n n (c.f. exrcice) 4.D. Solubilité en présence d'un ion commun Aspect qualitatif Prenons une solution de chlorure d'argent AgCl pour laquelle la solubilité a été dépassée. L'équilibre suivant s'établit : AgCl Ag + + Cl Si l'on ajoute dans cette solution des anions Cl, sous forme de NaCl par exemple, l'équilibre va se déplacer à gauche, du côté du précipité (loi de Le Chatêlier). La solubilité du AgCl a donc diminué. Aspect quantitatif Puisque l'on a ajouté des ions Cl, la concentration des ions Ag + n'est plus égale à celle des ions Cl. C'est la concentration des Ag + qui détermine la solubilité. S AgCl = [ Ag + ] car [ Ag + ]= [ AgCl ] en solution et [ Cl ] [ AgCl ] en solution Or, on sait que :[ Ag + ] [ Cl ] = K s AgCl il reste : [ Ag + ] = K s AgCl /[ Cl ] = SAgCl p.5

6 4.E. Solubilité d'un hydroxyde en fonction du ph Il s'agit, en fait, du cas de la solubilité en présence d'un ion commun : OH. Comme, en milieu aqueux, le produit des concentrations des H 3 O + et des OH est constant (K e = ), la solubilité des hydroxydes variera avec le ph. Prenons le cas de l'hydroxyde de calcium dont l'équilibre à saturation s'écrit : Ca(OH) 2 Ca OH Si le ph augmente, cela signifie que la concentration des OH augmente. L'équilibre est donc déplacé à gauche(loi de Le Chatêlier). La solubilité diminue. Si, au contraire, le ph diminue, cela signifie que la concentration des OH diminue. L'équilibre est donc déplacé à droite. La solubilité augmente. [ Ca 2+ ] [ OH ] 2 = K sca (OH)2 C'est la concentration des Ca 2+ qui détermine la solubilité. S Ca (OH)2 = [ Ca 2+ ] = K sca (OH)2 [OH ] 2 4.F. Produit ionique (PI) comparé au produit de solubilité (K s ) Le K s est le produit de la concentration des ions à saturation. Il correspond à la concentration maximale de ions qu une solution peut contenir. Le produit ionique PI est le produit de la concentration des ions que l expérimentateur introduit dans une solution. Son expression est la même que celle du K s. En comparant ces deux produits, il est facile de prévoir s il y a ou non précipitation : Si PI < K s, la solution n est pas saturée il n y a pas de précipitation Si PI = K s, la solution est saturée il y a début de précipitation (précipitation qualitative) Si PI > K s, la solution ne peut contenir tous les ions il y a précipitation p.6

7 4.G. Précipitation qualitative et quantitative - Séparations On parle de précipitation qualitative lorsqu il y a début de précipitation ; il ne peut donc s agir que de la mise en évidence d un ion. C est lorsque le PI est égal au K s. On parle de précipitation quantitative lorsqu on effectue une séparation. On estime que la précipitation est quantitative; on estime donc que tout a précipité lorsque la concentration d un ion après précipitation est inférieure au 1/1000 ème de la concentration présente avant précipitation. A quel ph la précipitation du Zn 2+ (10 1 M ) est-elle qualitative? est-elle quantitative? K s = Zn 2+ OH 2 = 1, a) Précipitation qualitative b) Précipitation quantitative Si Zn 2+ = 10 1 M, alors - [OH ] 1, K [Zn s ] 4,2 10 poh = 6,4 ph = 14 6,4 = 7, ,4 mol/l 1/1000 ème Si Zn 2+ = 10 1 :1000 = 10 4 M, alors [OH ] = K s [Zn ++ ] = 1, = 1, = 10 4,9 mol/l poh = 4,9 ph = 14 4,9 = 9,1 p.7

K W = [H 3 O + ] [OH - ] = 10-14 = K a K b à 25 C. [H 3 O + ] = [OH - ] = 10-7 M Solution neutre. [H 3 O + ] > [OH - ] Solution acide

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