COMP.2 Cohésion des solides et Solvatation exercices. Savoir son cours QCM :

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1 COMP.2 Cohésion des solides et Solvatation exercices Savoir son cours QCM :

2 Paires d ions : Trouver la proportion d anions et de cations dans les solides constitués des paires d ions suivantes : [K + ] = [MnO 4 -] = c [Mg 2+ ] = [CO 3 [Ba 2+ ] = c et [NO 3 -] = 2c Pâte visqueuse : Le Slime est une matière visqueuse et élastique avec laquelle les enfants jouent. Elle est constituée de macromolécules d alcool polyvinylique liées à du Borax B(OH) 4. [Ag + ] = 2c et [SO 4 [Al 3+ ] = 2c et [SO 4 2-] = 3c [Na + ] = 2c et [CO 3 Equations de dissolution : a) NaCl(s) Na + (aq) + Cl - (aq) chlorure de sodium b) KI(s) K + (aq) + I - (aq) iodure de potassium c) NH 4Cl(s) NH 4 +(aq)+cl - (aq) chlorure d ammonium d) CuBr 2(s) Cu 2+ (aq) + 2Br - (aq) bromure de cuivre II e) Pb(NO 3) 2(s) Pb 2+ (aq) + 2NO 3 -(aq) nitrate de plomb f) NaHCO 3(s) Na + (aq) + HCO 3 -(aq) hydrogénocarbonate de sodium Liaisons hydrogène : L oxygène est un atome très électronégatif contrairement à l hydrogène et au carbone. Parmi les molécules ci-dessous, indiquez celles qui peuvent réaliser des liaisons hydrogène avec l eau d une part, avec le corps pur constitué de ces mêmes molécules d autre part. a) Comment expliquer la cohésion du Slime? Liaisons hydrogène et Van der Waals. b) En tirant d un coup sec le Slime se brise en deux. Les morceaux se recollent par simple pression. Proposer une explication à ce phénomène au niveau microscopique. Les liaisons hydrogène et Van der Waals rompues se reforment. Avec l eau : Liaisons hydrogène entre le O de H 2O et les différents H de Cette molécule d acide éthanoïque. Liaisons hydrogène entre les H de H 2O et les différents O de Cette molécule d acide éthanoïque. Pour le corps pur : Liaisons hydrogène entre les O et les H des molécules d acide éthanoïque. Même réponse.

3 QCM : Avec l eau : Liaisons hydrogène entre le O de H 2O et les différents H de Cette molécule d acide éthanoïque. Pour le corps pur : Pas de liaisons hydrogène. Il ne peut s agir que de liaisons de Van der Waals. Soit une solution aqueuse de chlorure de calcium CaCl 2 de concentration molaire de soluté apporté c. L équation de dissolution de ce soluté dans l eau est Les concentrations ioniques des espèces en solution sont Lors de la solvatation, des ions calcium et des ions chlorure des molécules d eau entourent les ions. les ions et l eau interagissent. les molécules d eau s orientent comme dans le schéma ci-dessous. les molécules d eau forment des liaisons hydrogène avec les ions. Utiliser ses connaissances Dissolution du méthanol dans l eau : Le modèle moléculaire de la molécule de méthanol est donné ci-dessous : a) Comment justifier la très grande solubilité de méthanol dans l eau? Le méthanol est une molécule polaire et l eau est un solvant polaire : des interactions attractives de type Van der Waals se créent entre les molécules de soluté et celles du solvant. b) La molécule de méthanol est-elle polaire? Les liaisons C-H ne sont pratiquement pas polarisées, mais les liaisons C-O et H-O le sont beaucoup. Les deux moments dipolaires engendrés par ces deux liaisons polarisées ne sont pas opposés car la molécule est coudée au niveau de l atome d oxygène. Le moment dipolaire total n est donc pas nul. La molécule est donc polarisée. Mais en plus, il se crée des liaisons hydrogène entre le O du méthanol et les H de l eau et le H de la liaison H-O du méthanol et le O de l eau.

4 Dissolution du borane dans l eau : Le modèle moléculaire de la molécule de borane ou hydrure de Bore de formule BH 3 est donné ci-dessous : Dissolution de l acétone dans l éther : a) La molécule de borane est-elle polaire? On peut dire que non car la différence d électronégativité entre B et H est très petite. On peut dire que cette molécule est apolaire. b) Comment justifier la très faible solubilité de méthanol dans l eau? Cette molécule est apolaire alors que l eau est un solvant polaire. Donc la solubilité se fera très très mal. Concentration molaires effectives : Une solution aqueuse de volume V = 200 ml est préparée en dissolvant 5,00 mmol de chlorure d aluminium AlCl 3 dans de l eau. a) Calculer la concentration molaire en soluté apporté : c = = = = 0,025 mol.l -1 c = mol.l -1 b) Ecrire l équation de dissolution du chlorure d aluminium dans de l eau. AlCl 3(s) Al 3+ (aq) + 3 Cl - (aq) c) En déduire les concentrations molaires effectives en ions aluminium et en ions chlorure dans la solution. [Al 3+ ] = c et [Cl - ] = 3c Il se forme 3 fois plus d ions chlorure que d ions aluminium. Encore des concentrations Le sulfate de sodium Na 2SO 4(s) est un solide ionique, blanc et cristallisé, utilisé, entre autre s, pour le traitement de la pâte à papier. La concentration molaire effective des ions sodium Na + (aq) dans une solution aqueuse de sulfate de sodium est égale à 0,020 mol.l -1. c) Ecrire l équation de dissolution du sulfate de sodium dans de l eau. Na 2(SO 4)(s) 2 Na + (aq) + SO 4 2-(aq) a) Ces deux solvants sont-ils polaires? Justifier. Oui. Les liaisons C-H ne sont pratiquement pas polarisées, mais les liaisons C-O ou C=O le sont. Pour l acétone, il y a 1 liaison polarisée : C=O. Pour l éthoxyéthane, il y a 2 liaison2 polarisée2 : C-O mais la molécule étant coudée au niveau de O, la somme des moments dipolaires n est pas nulle. La molécule est donc polarisée. b) Justifier que l acétone et l éther sont miscibles en toutes proportions. Quelle est l interaction responsable de cette miscibilité? Les deux molécules sont polaires : des interactions attractives de type Van der Waals se créent entre elles. De plus, il se crée des liaisons hydrogène entre le O de l acétone et les H l éthoxyéthane et entre le O de l éthoxyéthane et les H de l acétone. Les deux liquides sont donc complètement miscibles. a) Quelle est la concentration molaire effective des ions sulfate dans cette solution? Il se forme 2 fois plus d ions sodium que d ions sulfate donc il se forme 2 moins d ion sulfate que d ion sodium. Donc : [SO 4 2-] = = = 0,010 mol.l -1 b) Quelle est la concentration molaire de la solution en soluté apporté? D après l équation de dissolution, [Na + ] = 2c et [SO 4 Donc c = 0,010 mol.l -1.

5 Toujours des concentrations On considère une solution S 1 de sulfate de potassium K 2SO 4(s) et une solution S 2 de phosphate de potassium K 3PO 4(s). Les deux solutions ont la même concentration molaire effective en ions potassium K + (aq) : [K + ] = 0,60 mol.l -1. b) Ecrire les équations de dissolution des deux composés K 2SO 4(s) et K 3PO 4(s). K 2(SO 4)(s) K 3(PO 4)(s) 2 K + (aq) + SO 4 2-(aq) 3 K + (aq) + PO 4 3-(aq) c) Calculer les concentrations molaires en soluté apporté des deux solutions. D après l équation de dissolution 1, [K + ] 1 = 2c 1 et [SO 4 1 Donc c 1 = = = 0,30 mol.l -1 D après l équation de dissolution 2, [K + ] 2 = 3c 2 et [PO 4 3-] = c 2 Donc c 2 = = = 0,20 mol.l -1 d) Calculer les concentrations molaires effectives de chacun des ions dans chacune des deux solutions. D après l équation de dissolution 1 [K + ] 1 = 2c 1 = 0,60 mol.l -1 [SO 4 1 = 0,30 mol.l -1 D après l équation de dissolution 2 [K + ] 2 = 3c 2 = 0,60 mol.l -1 [PO 4 3-] = c 2 = 0,20 mol.l -1 a) On mélange un volume V de la solution S 1 avec le même volume V de la solution S 2. Calculer les concentrations effectives de chacun des ions dans le mélange. S 1 volume V Solution totale S de volume V tot = V+V = 2V Les ions K + proviennent de la solution S 1 et de la solution S 2 : [K + ] = = [K + ] = = = 0,60 mol.l -1 C est normal que l on retrouve encore 0,60 mol.l -1 car les ions K + ont la même concentration dans les deux solutions. Les ions SO 4 2- proviennent de la solution S 1 uniquement : [K + ] = = [K + ] = = = 0,15 mol.l -1 Les ions PO 4 3- proviennent de la solution S 2 uniquement : [K + ] = = S 2 volume V [K + ] = = = 0,10 mol.l -1

6 Savon liquide Un échantillon de beurre est chauffé avec une solution concentrée d hydroxyde de potassium. Le mélange obtenu contient principalement un savon partiellement dissous, le butanoate de potassium ainsi que de l hydroxyde de sodium en excès et du glycérol. En ajoutant une grande quantité d eau froide à ce mélange, le savon se sépare et forme une couche jaunâtre surnageante. d) Quel élément du laboratoire faut-il utiliser pour séparer le savon du reste du mélange? On peut utiliser un filtre Büchner. Données : e) On donne ci-dessous la formule semi développée d une molécule de glycérol. Cette molécule est-elle polaire? a) Donner la formule de l hydroxyde de potassium (potasse) ainsi que son équation de dissolution dans l eau. Ion hydroxyde : HO -. Ion potassium : K +. KOH(s) K + (aq) + HO - (aq) b) Proposer un protocole pour préparer un volume V = 100 ml de solution l hydroxyde de potassium de concentration c = 5,0 mol.l -1. Quantité de matière de potasse dissoute : n = cv = = 0,5 mol. M (KOH) = 39, = 56,1 g.mol -1. m = n M(KOH) = 0,5 56,1 = 28,05 g. On pèse 28,05 g de potasse. On les introduit dans une fiole jaugée de 100 ml. On ajoute de l eau jusqu au 2/3 de la fiole. On agite latéralement. Lorsque toute la potasse est dissoute, on fait le niveau d eau jusqu au trait de jauge (attention au ménisque). Puis on bouche et on agite en renversant la fiole. Chaque liaison O-H et chaque liaison C-O est polarisée. Comme la molécule est coudée au niveau des atomes d oxygène, la somme des deux moments dipolaires n est pas nulle : c) Quelle est la concentration effective des ions hydroxyde dans cette solution? D après l équation de dissolution : [K + ] = c = 5,0 mol.l -1 [HO - ] = c = 5,0 mol.l -1

7 f) Justifier que cette molécule peut réaliser des liaisons hydrogène avec l eau. Il se crée des liaisons hydrogène entre les O du glycérol et les H de l eau et les H des liaisons H-O du glycérol et le O de l eau. g) Un tensioactif est une molécule une partie polaire et une partie apolaire. Indiquer ci-dessous quelle partie de l ion butanoate est polaire est quelle partie ne l est pas. Partie apolaire Partie polaire Partie apolaire : les liaisons C-H ne sont pratiquement pas polarisées. Partie polaire : C-O et C=O le sont beaucoup. Les deux moments dipolaires engendrés par ces deux liaisons polarisées ne sont pas opposés car la molécule est trigonale plane au niveau de l atome de carbone. Le moment dipolaire total n est donc pas nul. La molécule est donc polarisée au niveau de cette partie. + h) La partie polaire de cet ion est hydrophile (elle «aime» le contact avec l eau) tandis que la partie apolaire est hydrophobe (elle «fuit» le contact avec l eau). Comment le justifier? La partie hydrophile de la molécule est polaire et l eau est un solvant polaire : des interactions attractives de type Van der Waals se créent entre cette partie de la molécule et l eau. Mais en plus, il se crée des liaisons hydrogène entre les O de cette partie hydrophile et les H de l eau. - i) Comment s oriente l ion butanoate à proximité d une goutte d huile apolaire?