Chapitre 7 : Les solutions Objectif intermédiaire ST ATS STE Contenu 7.1 X Concentration 7.2 X Concentration molaire 7.3 X X Dilution (retour secondaire 3) 7.4 X X Électrolytes 7.5 X Ions (retour du chapitre 3) 7.6 X X PH 7.7 X X Révision 7.1 Concentration p.52 et 53 1. Vous avez deux bouteilles de vinaigre. La première est une bouteille de 4L à 5% v/v alors que la seconde est une bouteille de 500 ml à 5% v/v. Laquelle est la plus concentrée? Elles sont également concentrées à 5% v/v 2. On prépare 5 solutions d eau sucrée de concentrations différentes : A) 6 g/l B) 5% m/v C) 7% m/v D) 0,08 g/ml E) 10 g/l a) Quelle solution est la plus concentrée? b) Quelle solution est la moins concentrée? La solution D (0,08 g/ml) La solution A (0,006 g/ml) 3. Calculer la concentration en grammes par litre de sels minéraux d un échantillon d eau de mer de 15 ml contenant 525 g de sels dissous. C = 35 000 g/l 112
4. Quelle est la concentration en parties par million du «chlore» Ca(ClO)2 dans l eau d une piscine si on a mis 150 g de Ca(ClO)2 dans 55 m 3 d eau? On considère que 1 m 3 d eau à une masse de 1000 kg. c = 2,73 ppm 5. Pour préparer 100 ml d une solution salée, vous avez utilisé 2 g de chlorure de sodium. Quelle est, en g/l, la concentration de la solution? c = 20 g/l 6. Au laboratoire, vous avez préparé trois solutions. Le tableau ci-dessous présente les données se rapportant à chacune d elles. Solution Masse du soluté Volume de la solution 1 2,0 g 0,1 L 2 0,6 kg 3,0 L 3 0,2 g 2,0 L Classez les solutions en ordre croissant de concentration (de la moins concentrée à la plus concentrée). Solution 3 (0,1 g/l), solution 1 (20 g/l), solution 2 (200 g/l) 7. Dans un laboratoire, le technicien doit préparer 1,5 L de solution aqueuse de chlorure de sodium, dont la concentration sera de 50 g/l. Quel est le protocole à suivre pour préparer cette solution? Ajouter 75 g de chlorure de sodium dans un cylindre gradué. Ajouter de l eau jusqu à atteindre 1,5 L. 113
8. Au laboratoire, Luc a préparé 4 solutions de concentration et de volume différents. Masse du soluté Volume de la solution Solution 1 Solution 2 Solution 3 Solution 4 50 g HCL 25 g NaOH 5,0 g NaCl 2,5 g CaCl2 2 L 4 L 250 ml 500 ml Classez les solutions par ordre croissant de concentration. Solution 4 (5 g/l), solution 2 (6,25 g/l), solution 3 (20 g/l), solution 4 (25 g/l) 9. Vous avez préparé une solution aqueuse d hydroxyde de sodium, NaOH, dont la concentration est de 15 g/l. Pour ce faire, vous avez utilisé 60 g de NaOH. Quel volume en litres de solution avez-vous préparée? V = 4 L 10. Une solution a un volume de 200 ml et une concentration de 6 g/l. Calcule la masse du soluté. m = 1200 g 11. Une solution contient 0,8 g de soluté et sa concentration est de 3,2 g/l. Quel est le volume de cette solution? V = 0,25 L 12. Laquelle des solutions suivantes est la plus concentrée? Justifie. 1L 1L 2L A B C La solution B car elle contient 6 particules pour 1 litre d eau et les deux autres Solutions contiennent 4 particules pour 1 litre d eau. 114
13. Convertis les quantités de la colonne de gauche dans les unités demandées : Unités de départ Conversion Unités de départ Conversion 400 ml 0,4 L 4,7 g/ml 4700 mg/ml 3,5 kg 3500 g 5,6 mg/ml 5,6 g/l 5 g 5000 mg 7 g/ml 7 g/cm 3 2 g/ml 2000 g/l 0,08 g/l 80 ppm 14. Complète le tableau suivant sachant qu il s agit d une solution de sucre dans l eau. La concentration est exprimée en grammes de soluté pour 100 g de solution. Concentration de la solution (%) Volume de soluté (ml) Volume de solution (ml) 10 10 5 200 1 2 10 400 8 100 115
7.2 Concentration molaire p.54 1. Sachant que plus l eau est salée, plus le corps humain flotte. À l aide du tableau ci-dessus, indique à quel endroit Samusel flottera le mieux étant donné que la formule du sel de mer est NaCl. Endroit Concentratio n Atlantique Mer Caspienn e Grand Lac Salé Méditerranée Mer Noire 2,8 x 10 4 mg/l 13 mg/ml 41 g/200 ml 0,67 mol/l 35 g/2 L Le grand lac salé 2. Calcule la concentration des solutions suivantes en g/ L : a) Un litre d acide chlorhydrique concentré renferme 584 g de HCL dissous. c = 584 g/l b) Le plasma sanguin renferme 0,8 mg de glucose par ml. c = 0,8 g/l c) Deux litres d eau minérale renferment 13 mg de sodium dissous. c = 0,0065 g/l d) Trois litres d une solution qui contient 2,55 mol d acide acétique (CH3COOH). c = 51,051 g/l 3. Détermine le nombre de mole(s) d atomes que représentent : a) 140 g d azote b) 254 g d iode n = 9,99 moles n = 2,002 moles c) 6,35 g de cuivre d) 95 g de fluor n = 0,0999 mole n = 5 moles 116
4. Calcule le nombre de mole(s) de molécules que représentent : a) 220 g de gaz carbonique b) 7,45 g de chlorure de potassium n = 5 moles n = 0,1 mole c) 795 g d oxyde de cuivre d) 5,85 g de chlorure de sodium n = 10 moles n = 0,1 mole 5. Ordonne par ordre croissant les concentrations suivantes : a) 2,0 moles de soluté dans 1 litre de solution. b) 1,5 moles de soluté dans 0,5 litre de solution. c) 6,0 moles de soluté dans 10 litres de solution. c a -b 6. Complète le tableau suivant : Soluté Masse molaire (g/mol) Quantité de soluté En moles En g Concentration de la solution Volume de la solution NaOH 40 3 120 0,5 mol/l 6L KCl 74,55 8 596,4 4 mol/l 2L KOH 56,11 2 112 4 mol/l 500 ml HBr 80,91 1 81 0,5 mol/l 2 L CH3OH 32,05 0,12 4 0,5 mol/l 0,24 L HNO3 63,02 16 1008 4 mol/l 4L HCl 36,46 0,5 18,23 0,05 mol/l 10 L NaNO3 85 0,2 17 1 mol/l 200 ml 117
7. Quelle masse de soluté est présente dans 400 ml d une solution de NH4OH dont la concentration est de 0,5 mol/l? m = 7,012 g 8. Quelle masse de soluté doit-on utiliser pour préparer 600 ml d une solution de KOH à 0,25 mol/l? m = 8,42 g 9. Quelle est la concentration molaire volumique d une solution dans laquelle on a dissout 3,88g de K2CrO4 dans 500 ml d eau? c = 0,04 mol/l 10. Quelle masse de Na2Cr2O7 faut-il utiliser pour préparer 50 ml d une solution d une concentration de 0,1 mol/l? m = 1,31 g 11. Quel volume d une solution de NaOH à 2 mol/l contient 8 g de soluté? V = 0,1 L 12. Combien de moles d acide acétique 3 mol/l sont présentes dans 800 ml de solution? n = 2,4 moles 13. On fait évaporer 300 ml d eau de mer dont la concentration en sel est de 0,45 mol/l. Quelle quantité de sel va-t-on recueillir? m = 7,89 g 14. Pour préparer 600 ml d une solution de chlorure de potassium 0,5 mol/l, quelle masse de soluté devras-tu peser? m = 22,365 g 118
7.3 Dilution (rappel de 3 e secondaire) p.52 1. On possède 250 ml de vinaigre commercial dont la concentration est de 5% v/v, quel volume d eau faut-il ajouter pour obtenir une solution à 2% v/v? V = 375 ml 2. Quel volume d une solution de NaCl dont la concentration est de 20 g/l doit-on prélever pour préparer 100 ml d une solution à 1 g/l? V1 = 5 ml 3. Tu es en possession de 200 ml d une solution à 6,0 g/l et tu désires préparer, à partir de cette solution, 100 ml d une solution à 1,5 g/l. Quel volume de la solution initiale dois-tu utiliser pour ne pas gaspiller de solution? V1 = 25 ml 4. Vous avez 100 ml d une solution de KOH dont la concentration est de 48 g/l. Vous ajoutez à cette solution 200 ml d eau. Quelle est la concentration de la solution ainsi diluée? C2 = 16 g/l 5. Vous achetez un contenant de 50 ml de peroxyde d hydrogène à 30 % m/v. Avant d utiliser ce peroxyde comme désinfectant sur les plaies, il faut le diluer avec de l eau pour ramener sa concentration à 5% m/v. Quel sera le volume final de la solution si vous diluez les 50 ml de peroxyde d hydrogène que vous avez achetés? V2 = 300 ml 119
6. Tu dilues une solution de 60 ml pour obtenir 100 ml d une solution à 8 % (m/v). Quelle était la concentration initiale de la solution? C1 = 13,33 % m/v 7. Tu disposes d une bouteille de 200 ml de concentré de chocolat liquide à 350 g/l. Tu veux préparer un verre de lait au chocolat de 250 ml dont la concentration est de 20 g/l. Comment vas-tu procéder? On dépose 14,29 ml de concentré dans un verre et on ajouter du lait jusqu à obtenir 250 ml. 8. Tu disposes de 200 ml d une solution à concentration 6,0 g/l. Quel volume de solution obtiens-tu si tu dilues ta solution afin d obtenir une concentration de 2,4 g/l? V2 = 500 ml 9. On ajoute 400 ml d eau à 25 ml d une solution de concentration 4g/L. Quelle sera la nouvelle concentration? C2 = 0,235 g/l 10. Vous voulez préparer 270 ml de solution de concentration 5g/L mais la technicienne de laboratoire dispose d une solution de 18 g/l. Que dois-tu faire? On verse 75 ml de la solution à 18 g/l dans un cylindre gradué et on ajoute de l eau jusqu à obtenir 270 ml. 11. Quelle quantité de sel doit-on peser pour préparer 100 ml d une solution de concentration 5 g/l? m = 0,5 g 12. Une compagnie prépare de la pâte à dent au fluorure. La concentration du fluorure est de 0,2 % m/v. Quelle masse de fluorure contient un tube de pâte à dent de 75 ml? m = 0,15 g 13. Quelle sera la nouvelle concentration de 500 ml d eau de chaux Ca(OH)2 à 1 g/l si on lui ajoute 300 ml d eau? Donne ta réponse en g/l. C2 = 0,625 g/l 120
14. Comment prépare-t-on 30 ml de solution à 10 g/l à partir d une solution à 15 g/l? On ajoute 10 ml d eau à la solution initiale. 15. Comment prépare-t-on une solution à 4 % (V/V) à partir de 20 ml d une solution à 5 % (V/V)? On ajoute 5 ml d eau à la solution initiale. 16. L étiquette d une bouteille d eau indique que cette eau contient 45 ppm de sodium. a) Que signifie cette indication? b) Quelle est la concentration du sodium en g/l? Il y a 45 particules de sodium par million de particules de solution. C = 0,045 g/l 17. Un technicien prépare une solution selon les étapes illustrées ci-contre. Quelle est la concentration de cette solution en g/l? C = 12,5 g/l 7.4 Électrolytes p.55 à 59 1. Qu est-ce qu un électrolyte? C2 = 0,625 g/l 2. Quelles sont les principales caractéristiques d un électrolyte (2)? C2 = 0,625 g/l 121
3. Décris ce qui se passe dans une molécule lors d une dissolution ionique. Justifie à l aide d un dessin. 4. Décris ce qui se passe dans une molécule lors d une dissolution covalente. Justifie à l aide d un dessin. 5. Les électrolytes sont-ils des substances unies par des liens ioniques ou covalents? Explique. Par des liens ioniques car lorsqu ils sont dissous dans l eau, ils vont se séparer en deux ions de signes opposés. 6. Écris sous forme d équation la dissolution des deux substances suivantes. a) sucre (C12H22O11) C 12H 22O 11(s) C 12H 22O 11(aq) b) sel de table (NaCl) NaCl (s) Na + (aq) + Cl - (aq) 7. Quelle est la différence entre un électrolyte fort et un électrolyte faible? Un électrolyte fort a un taux de dissociation électrolytique plus élevé qu un électrolyte faible. 8. En utilisant les ions, explique pourquoi certaines solutions conduisent mieux le courant que d autres. Elles possèdent plus d ions dissous. 122
9. À l aide de la théorie de la dissociation ionique, explique pourquoi, à concentration égales, l hydroxyde de sodium (NaOH) rend l eau fortement conductrice alors que le vinaigre (CH3COOH) ne la rend que faiblement conductrice. Un plus grand pourcentage de molécules de NaOH vont se dissocier en ions. 10. Encercle les propositions qui sont vraies? a) Un électrolyte fort est un électrolyte qui se dissout bien dans l eau. b) Un électrolyte fort est un électrolyte qui, lorsqu il est dissout dans l eau, fournit une forte concentration en cation et en anions. c) Un électrolyte est faible s il se dissocie en ions dans une petite proportion. d) Si l on dissout une substance dans l eau et qu on ne trouve pas d ions dans cette solution, la substance est un non-électrolyte. 11. Coche les cases appropriées dans le tableau suivant en te fiant sur la formule chimique de chacune des molécules. Pour qu il y ait un lien ionique, il faut que la liaison soit ionique. Nom Formule Présence d un lien ionique? Substance électrolytique? Oui Non Oui Non Chlorure d argent AgCl X X Benzène C6H6 X X Hydroxyde de potassium KOH X X Acide nitrique HNO3 X X Acide surlfurique H2SO4 X X Éthanol C2H6O X X Dihydroxyde de cuivre Cu(OH)2 X X Tétrachlorure de carbone CCl4 X X Glucose C6H12O6 X X Dichlorure de fer FeCl2 X X Carbonate de magnésium BaCO3 X X Dibromure de magnésium MgBr2 X X Toluène C6H5CH3 X X 123
7.5 Ions (rappel du chapitre 3) p.42 à 46 1. Quelle est la charge de chaque ion dans les composés suivants? a) CaBr2 Ca = 2+ et Br = - e) Li2S b) KCl K = + et Cl = - f) SrBr2 c) AlF3 Al = 3+ et F = - g) MgS d) Na3P Na = + et P = 3- h) Al2S3 Li = + et S = 2- Sr = 2+ et Br = - Mg = 2+ et S = 2- Al = 3+ et S = 2-2. Dans les composés suivants, identifie seulement la charge du radical (groupe d atomes). SO 4 = 2- OH = - a) CaSO4 d) Mg(OH)2 b) H2CO3 CO e) Al(NO3)3 3 = 2- NO 3 = - c) Sr3(PO4)2 PO 4 = 3-3. Donne les formules moléculaires des composés constitués des ions suivants. a) Al 3+ et F - AlF 3 e) Sr 2+ et PO4 3- b) Ba 2+ et S 2- BaS f) Na + et ClO4 - c) Li + et SO4 2- Li 2SO 4 g) Ba 2+ et S 2- d) H + et CO3 2- H 2CO 3 h) Al 3+ et CO3 2- Sr 3(PO 4) 2 NaClO 4 BaS Al 2(CO 3) 3 4. Compléte les configurations électroniques ci-dessous. a) Ion calcium c) Ion B 3+ 5+ b) Ion P 3 d) Ion azote STE 7+ 124
5. Complétez le tableau suivant. Composé ionique Ion métallique Ion non-métallique MgCl2 Mg 2+ Cl - Li3N Li + N 3- CaO Ca 2+ O 2- Na2S Na + S -2 Créer une molécule qui peut exister : K3P K + P 3-6. Pourquoi une solution de chlorure de sodium (NaCl) conduit-elle l électricité? Entourez la bonne réponse. a) Parce que le NaCl est un solide conducteur d électricité. b) Parce que la solution contient des ions libres de se déplacer. c) Parce que la solution est électriquement chargée. d) Parce que la conductibilité électrique est une propriété de l eau. 7. Quelle serait la solution la plus conductrice? a) Un bloc de sel (NaCl). b) Du sucre dans l eau. c) Du vinaigre dans l eau. d) De l alcool (C2H5OH) dans un verre. 125
8. Complète le tableau suivant. a) Dans la deuxième colonne, inscris un X afin d indiquer de quel type de composé il s agit. b) Dans la troisième colonne, inscris un X afin d indiquer de quel type de dissociation il s agit. c) Dans la quatrième colonne, écris l équation de dissociation. Type de composé Type de dissociation Composé Électrolyte Nonélectrolyte Électrolytique Moléculaire Équation de dissociation HI(g) X X HI (g) H + (aq) + I - (aq) Al2(CO3)3(s) X Xxx X Al 2(CO 3) 3(s) 3CO 3 2- (aq)+3co 3 2 (aq) PBr3(l) X X PBr 3(l) PBr 3(l) MgCl2(s) X X MgCl 2(s) Mg 2+ (aq) + 2Cl - (aq) 9. Explique la différence entre une solution électrolytique et une solution non-électrolytique. La dissolution d une substance électrolytique produit des ions dans l eau et la dissolution d une substance non-électrolytique ne produit pas d ions. 10. Dans le but de vérifier la conductibilité électrique de cinq solutions de même concentration, on a relié chacune d elle à un dispositif doté d une ampoule de puissance différente. Cette expérience a permis de faire les observations présentées dans le tableau suivant. Prenez-en connaissance, puis répondez aux questions ci-dessous. Solution Ampoule 20 W Ampoule 40 W Ampoule 60 W A Brille Brille Brille peu B Brille peu Ne brille pas Ne brille pas C Ne brille pas Ne brille pas Ne brille pas D Brille Brille Brille E Brille Brille peu Ne brille pas a) Quelle solution provient de la dissolution d un non-électrolyte? C b) Nommez la ou les solutions électrolytiques. A-B-D-E c) Classez ces solutions de l électrolyte le plus faible à l électrolyte le plus fort. B-E-A-D 126
7,6 ph p.60-61 1. Parmi les substances suivantes, identifie s il s agit d un acide (A), d une base (B) ou d un sel (S). Test au papier tournesol Rouge Bleu Substance (solution aqueuse) Nature Rouge Rouge Acide citrique A Bleu Bleu Ammoniaque B Rouge Bleu Tétraoxosulfate de Ca S Rouge Rouge Acide acétique (vinaigre) A Bleu Bleu Nettoyant à vitre B Rouge Bleu Trioxonitrate de sodium S Rouge Rouge Boisson gazeuse A Rouge Rouge Vitamine C A 2. Lequel des énoncés ci-dessous, concernant le ph, est faux? Entourez la bonne réponse. a) Plus le ph est faible, plus la solution est acide. b) Une solution dont le ph est compris entre ph 7 et ph 14 est une solution alcaline. c) Le ph des solutions ne prend que des valeurs entières comprises entre 0 et 14. d) Une solution de ph 3 est 100 fois moins basique qu une solution de ph 5. 2 3. Le ph de l eau pure est de 7. Déterminez le ph des solutions suivantes. 23 Solution a) Le suc gastrique, 100000 fois plus acide que l eau pure. b) Une solution d ammoniac (NH3), 1 million de fois plus basique que l eau pure. c) Le jus de pomme, 10 000 fois moins basique que l eau pure. d) L eau de mer, 10 fois moins acide que l eau pure. ph 2 13 3 8 127
4. Soit les énoncés ci-dessous : 1) Il y a autant d ions H + que d ions OH dans la solution. 2) Il n y a que de l eau dans la solution. 3) La concentration en ions OH est égale à 10 7 mol/l. 4) La concentration en ions H + est égale à 10 7 g/l. 5) Présence de phénomènes d électricité statique dans la nature. Quels énoncés s appliquent à une solution aqueuse neutre? Entourez la bonne réponse. a) 1 b) 1 et 3 c) 1, 2, 3 et 4 d) 4 5. Un technicien mesure le ph d une solution à l aide d un ph-mètre. Le ph de la solution est de 7. Quelle serait la concentration en ions H + de la solution? C = 1x10-7 mol/l 6. Détermine s il s agit d un acide (A), d une base (B), d un sel (S) ou autre (X). a) HCl A f) Fe(NO3)3 S b) NaOH B g) Ca(OH)2 B c) Acétone (C3H6O) X h) KNO3 S d) LiOH B i) H2SO4 A e) NaCl S j) CH3COOH A 128
7.7 Révision 1. Quelle quantité de calcium (en milligrammes) retrouvera-t-on dans une bouteille d eau de 300 ml dont la concentration en calcium est de 120 ppm? m = 36 g 2. On ajoute 300 ml d eau à 700 ml de jus concentré à 25 g/l. Quelle est la nouvelle concentration? C2 = 17,5 g/l 3. On possède 2 L de solution saline à 30 %m/v. On veut préparer 400 ml de solution saline à 10 %m/v à partir de cette solution. Quelle est la démarche appropriée? (2 étapes). On verse 133,33 ml de solution concentrée dans un cylinder gradué et on ajoute de l eau jusqu à 400 ml. 4. Afin de préparer du vinaigre, on ajoute 625 ml d eau à 75 ml d acide acétique. Quelle est la concentration en %v/v de cette solution de vinaigre? C = 10,71% v/v 5. Quelle est la concentration d une solution de 1,5L où on y a dissout 0,25 mole d acide chloridryque (HCl)? C = 0,17 mol/l 6. Quelle masse de soluté (NaNO3) doit-on utiliser pour préparer 450 ml d une solution 2Mol/L? m = 76,5 g 7. Cedric possède 75g de sel (NaCl). a) Dans quel volume d eau doit-il dissoudre son sel pour obtenir une solution de 2,2 mol/l? V = 0,58 L b) Quelle quantité d eau doit-il ajouter pour que la solution devienne une solution de 0,75 mol/l? V = 1,12 L 129
8. Tristan place 250g de NaOH dans 3 litre d eau. a) Quelle est la concentration de la solution? C = 83,33 g/l b) Quelle sera la concentration finale s il ajoute un litre d eau supplémentaire à la solution? C2 = 62,50 g/l 9. On possède un grand volume de solution de NaBr à 2,5 mol/l a) Quel volume de cette solution doit-on prélever pour concevoir 50 ml d une solution de 0,65 mol/l? V1 = 13 ml b) Quel volume d eau devra-t-on ajouter? V = 37 ml 10. Quel test doit-on faire si l on veut différencier un électrolyte fort d un électrolyte faible. Insérer une ampoule reliée à des électrodes dans l eau et observer l intensité de la lumière. Si elle est forte l électrolyte est fort et si elle est faible l électrolyte est faible. 11. Au niveau moléculaire, qu est-ce qui différencie un électrolyte fort d un électrolyte faible? Un electrolyte fort aura un plus gros pourcentage de ses molecules dissociées en ions. 12. Quelle solution parmi les suivantes n est pas électrolytique? a) CH3CH2OH b) Ca(OH)2 c) HBr d) K2SO4 13. Quels sont les trois principaux types d électrolytes que l on peut retrouver dans la nature? Les acides, les sels et les bases. 130
14. Écrivez l équation qui représente le mieux la situation lorsque l on met les solutés suivants dans l eau. Encercle ensuite les lettres des électrolytes. a) CaS b) Mg(OH)2 c) CH3OH 15. Identifie parmi les solutions suivantes les acides, les bases et les sels. a) H3PO4 b) BaF2 c) HCl d) LiOH e) ZnSO4 f) Cu(OH)2 A S A B S B 16. Identifie l énoncé ci-dessous qui est faux. a) Une solution ayant un ph faible est nécessairement un électrolyte. b) Si on double le ph, on double aussi la concentration de la base. c) Plus le ph est élevé, moins l acide est fort. d) Si on mélange la même quantité de ph 5 et de ph 9, la solution va se neutraliser. 17. Combien de fois le savon (ph 9) est-il moins acide que le café (ph 5)? 10 000 fois. 18. Quelle est la concentration en H + d une solution de ph 6? C = 1x10-6 mol/l 19. On utilise 50 ml une solution de HCl de ph 4. En supposant que la dissociation du HCl est complète, quelle masse de HCl se retrouve dans la solution? m = 1,83 x 10-4 g 20. Une technicienne de laboratoire dissout 0,2g de HF dans 10 litres d eau. Quelle serait le ph de cette solution en supposant que la dissociation du HF est complète? ph = 3 131