Solutions aqueuses PDF - Seconde

Seconde – Thème MAT (Constitution de la matière) – Chap n° … – Les solutions aqueuses Page 1 sur 7 CHAPITRE N° … : LES SOLUTIONS AQUEUSES, DES EXEMPLES DE MÉLANGES Très présentes dans notre quotidien, les solutions aqueuses sont par exemple des médic...

Seconde – Thème MAT (Constitution de la matière) – Chap n° … – Les solutions aqueuses Page 1 sur 7 CHAPITRE N° … : LES SOLUTIONS AQUEUSES, DES EXEMPLES DE MÉLANGES Très présentes dans notre quotidien, les solutions aqueuses sont par exemple des médicaments dissous dans l’eau, des eaux ou des boissons à boire mais aussi des eaux de baignades, les liquides du corps humain, des nettoyants ménagers, des désinfectants… Que contiennent-elles ? Comment les fabrique-t-on ? Quelle(s) grandeur(s) utilise-t-on pour les décrire ? Est-ce que je me souviens ? QCM diagnostique : hatier-clic.fr/pc2028 1. Solution et concentration VOIR ACTIVITÉS N°1 ET 2 Qu’est-ce qu’une solution ? Une solution est un mélange homogène obtenue par dissolution d’un ou plusieurs solutés (espèces chimiques liquides, solides ou gazeuses) dans un solvant (liquide utilisé pour dissoudre les solutés). Agitation nécessaire Soluté (s) + Solvant Solution pour la dissolution Espèces chimiques Liquide ayant la Mélange homogène ioniques (constituées capacité de dissoudre contenant les ions ou d’ions) ou des espèces chimiques les molécules du soluté moléculaires dispersées parmi les (constituées de molécules de solvant molécules) Lorsque le solvant est l’eau, la solution est dite aqueuse. Exemples:  La dissolution du chlorure de sodium NaCl (sel de table, solide ionique constitué d’ions sodium Na+ et d’ions chlorure Cl- ) dans l’eau donne une solution aqueuse de chlorure de sodium (eau salée). Le soluté est le chlorure de sodium, il est ionique. Le solvant est l’eau. Une animation pour comprendre ce qui se passe au niveau microscopique (cliquer sur le lien)  La dissolution du saccharose (sucre de table, solide constitué de molécules de saccharose C12H22O11) dans l’eau donne une solution aqueuse de saccharose (eau sucrée). Le soluté est le saccharose, il est moléculaire. Le solvant est l’eau. Attention : Ne pas confondre la dissolution avec la fusion Rappels de collège pour ne pas confondre dissolution- dilution-fusion (cliquer sur le lien) Seconde – Thème MAT (Constitution de la matière) – Chap n° … – Les solutions aqueuses Page 2 sur 7 Solubilité s d’une espèce chimique Au-delà d’une certaine quantité, le soluté ne peut plus se dissoudre dans le volume de solvant considéré et tombe au fond du récipient. La solution obtenue est dite saturée. La capacité d’une espèce chimique à se dissoudre dans un solvant est caractérisée par la valeur de sa solubilité, notée s indiquant la masse Solution saturée en maximale de l’espèce chimique qui peut être dissoute dans 1L de solvant. sulfate de cuivre : une partie du sulfate de La valeur de la solubilité dépend de la nature de l’espèce chimique, de cuivre ne peut plus se dissoudre dans l’eau et celle du solvant mais aussi de la température. se retrouve au fond du récipient Exemples : A 25°C, on peut dissoudre jusqu’à 317 g de sulfate de cuivre dans 1 L d’eau Exercices : ex 3* et 4 page 42 Concentration en masse d’une espèce chimique en solution La concentration en masse (ou teneur ou titre massique ) d’une espèce chimique en solution indique la masse de l’espèce chimique dissoute dans 1 L de la solution. Elle se note Cm ou t Elle s’exprime en g.L-1 (g/L) m : masse de l’espèce chimique dissoute (en g) 𝐦𝐦 t : concentration en masse de l’espèce 𝐭𝐭 = chimique dans la solution (en g.L-1) 𝐕𝐕𝐬𝐬𝐬𝐬𝐬𝐬 (en g/L) Vsol : volume de la solution (en L) Relation équivalente À utiliser pour calculer la masse de l’espèce chimique, connaissant la 𝐦𝐦 = 𝐭𝐭 × 𝑽𝑽𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔 concentration massique t et le volume de solution Vsol Seconde – Thème MAT (Constitution de la matière) – Chap n° … – Les solutions aqueuses Page 3 sur 7 Exemples :  Lorsqu’on dissout m = 2,0 g de sucre dans un volume V = 250 mL soit 0,250 L d’eau, on obtient une solution dont la concentration en masse de sucre est égale à : 2,0 𝑡𝑡 (𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠) = = 8,0 g.L-1 (ce qui signifie que 1 L de cette solution contient 8,0 g de sucre) 0,250 Vsolution à convertir en L Remarque : Un tableau de proportionnalité peut également être utilisé ! Masse de sucre m (en g) 2,0 t? Volume de solution VSol (en L) 0,250 1  La masse de sucre m’ contenue dans un volume V’ = 330 mL (soit 0,330 L) de cette même solution (de concentration en sucre t = 8,0 g/L) est égale à : 𝑚𝑚ʹ = 𝑡𝑡 × 𝑉𝑉 ′ = 8,0 × 0,330 = 2,7 g Vsolution à convertir en L Remarque : Un tableau de proportionnalité peut également être utilisé ! Masse de sucre m (en g) 8,0 m’ ? Volume de solution VSol (en L) 1 0,330 Exercices : 5*, 6 , 7*, 8, 9*, 10, 30 et 32 page 42 à 48 + exo résolu 2 page 41 Attention : il ne faut pas confondre la masse volumique (voir chap.1) avec la concentration massique. Même si elles s’expriment avec la même unité, ce sont des grandeurs différentes : elles n’indiquent pas la même chose. 𝒎𝒎𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔 𝒎𝒎𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔é 𝝆𝝆𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔 = 𝒕𝒕 = 𝑽𝑽 𝑽𝑽𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔 𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔𝒔 Masse volumique de la solution Concentration en masse de soluté dissous Masse d’1 L de solution Masse de soluté dissous dans 1 L de solution Exercices : 11*, 12 de la fiche page 43 2. Préparation d’une solution par dissolution (voir Activité n°2) Une solution peut être préparée par DISSOLUTION d’une masse déterminée m de l’espèce chimique souhaitée pour obtenir la concentration souhaitée Protocole expérimental et matériel à connaître : Fiche-méthode Exp n°6.A + Vidéo Les bons gestes Dissolution p.36 Exemple : Calculer la masse de soluté à dissoudre pour préparer 50,0 mL d’une solution aqueuse de chlorure de sodium à la concentration de 0,9 g.L-1. Rédiger le protocole expérimental en précisant le matériel. Exercices : 6, 14*, 15, 18* page 43/44 Seconde – Thème MAT (Constitution de la matière) – Chap n° … – Les solutions aqueuses Page 4 sur 7 3. Préparation d’une solution par dilution Dilution Diluer une solution aqueuse consiste à lui ajouter un certain volume d’eau pour obtenir une solution moins concentrée. Exemple : Conservation de la masse de soluté et conséquence Une solution peut être préparée en diluant une solution existante appelée solution-mère. La solution diluée obtenue est appelée la solution-fille, sa concentration est inférieure à celle de la solution-mère. DILUTION Solution-mère Sm Solution-fille Sf de concentration tm de concentration tf Ajout d’eau distillée Volume Vf Volume Concentration Volume Vm masse de soluté dissous 𝒎𝒎 = 𝒕𝒕𝒎𝒎 × 𝑽𝑽𝒎𝒎 = masse de soluté dissous 𝒎𝒎 = 𝒕𝒕𝒇𝒇 × 𝑽𝑽𝒇𝒇 Lors d’une dilution : la masse de soluté dissous dans le prélèvement de solution-mère est la même que celle contenue dans la solution-fille donc 𝒕𝒕𝒎𝒎 × 𝑽𝑽𝒎𝒎 = 𝒕𝒕𝒇𝒇 × 𝑽𝑽𝒇𝒇 𝑽𝑽𝒇𝒇 𝒕𝒕𝒎𝒎 D’où la relation : = 𝑽𝑽𝒎𝒎 𝒕𝒕𝒇𝒇 Seconde – Thème MAT (Constitution de la matière) – Chap n° … – Les solutions aqueuses Page 5 sur 7 Facteur de dilution Définition du Facteur de dilution F : 𝑽𝑽𝒇𝒇 𝒕𝒕𝒎𝒎 𝑭𝑭 = ou 𝑭𝑭 = 𝑽𝑽𝒎𝒎 𝒕𝒕𝒇𝒇 FDILUTION >1 et sans unité Exemple Solution-mère Sm et Vf = 100,0 mL alors le facteur de : si Vm = 10,0 mL Solution-fille dilution estSf F = 10 de concentration tm diluée 10 fois. On dit que la solution a été de concentration tf = tm / F La concentration de la solution-fille obtenue est donc 10 fois plus faible : tf = tm /10 Ajout d’eau distillée Volume Vf = Vm × F Volume × F Concentration / F Volume Vm Solution-mère Sm Solution-fille Sf de concentration tm de concentration tf = tm / F de volume Vm de volume Vf = Vm × F Protocole expérimental pour une dilution et matériel à connaître : Fiche-méthode Exp n°6.B + Vidéo Les bons gestes Dilution p.36 La verrerie jaugée est un peu plus précise que la verrerie graduée. Pour le prélèvement du volume de solution-mère, on utilisera de préférence une pipette jaugée du volume correspondant. La dilution sera faite dans une fiole jaugée de volume correspondant au volume de solution-fille à fabriquer. Seconde – Thème MAT (Constitution de la matière) – Chap n° … – Les solutions aqueuses Page 6 sur 7 Exemple : Pour diluer 5 fois une solution-mère de concentration en masse tm = 10,0 g.L-1 et obtenir un volume Vf = 100,0 mL de solution-fille, le volume de soution-mère à prélever est : 𝑉𝑉𝑓𝑓 𝑉𝑉𝑓𝑓 100,0 𝐹𝐹 =  𝑉𝑉𝑚𝑚 = = = 20,0 mL prélevé à l’aide d’une pipette jaugée de 20,0 mL 𝑉𝑉𝑚𝑚 𝐹𝐹 5 La concentration en masse de la solution-fille obtenue est : 𝑡𝑡𝑚𝑚 10,0 𝑡𝑡𝑓𝑓 = = = 2,00 g.L-1 𝐹𝐹 5 Remarque : Une mesure n’est jamais parfaite même si elle est réalisée avec soin. Il y a de nombreuses raisons qui font que, lorsque l’on effectue une mesure, la valeur est nécessairement entachée d’erreurs. Exercices : ex 1 résolu, 13, 15, 19, 20*, 22*, 23, 28*, 31 page 44 à 48 du manuel 4. Comment déterminer la concentration d’une solution ? VOIR ACTIVITÉS N° 3 ET 4 Doser une solution : c’est déterminer le plus précisément possible la concentration d’une espèce chimique E qu’elle contient. On peut procéder par comparaison en utilisant une gamme d’étalonnage : ensemble de solutions de concentrations différentes et connues en cette même espèce chimique E. Ces solutions sont aussi appelées solutions étalons. 1èreméthode : utiliser une échelle de teinte Si l’espèce chimique est colorée, on peut réaliser une échelle de teinte (voir Activité 3) qui permet de déterminer un encadrement de la concentration par comparaison de la couleur de la solution. Exemple :La concentration de la solution bleue (tout à droite) est comprise entre 0,020 g.L-1 et 0,025 g.L-1car sa couleur est comprise entre celles des solutions n° 3 et n°4 de l’échelle de teintes. Seconde – Thème MAT (Constitution de la matière) – Chap n° … – Les solutions aqueuses Page 7 sur 7 2ème méthode : par étalonnage Grâce à la gamme d’étalonnage, on établit la variation d’un paramètre physique (masse volumique, tension électrique, conductivité, absorbance...) en fonction de la concentration. On trace ensuite le graphique montrant l’évolution obtenue, appelé courbe d’étalonnage. On mesure ce même paramètre pour la solution de concentration inconnue puis on détermine la valeur de sa concentration par simple lecture graphique. Exemple : la mesure de la masse volumique d’une solution d’eau salée de concentration inconnue donne ρ = 1,08 g.mL-1. Une gamme de solutions d’eau salée de concentrations a permis de tracer le graphique ci-contre. Par lecture graphique, on obtient que pour une masse volumique égale à ρ = 1,08 g.mL-1, la concentration de la solution correspondants est égale à 120 g.L-1 120 g.L-1 Exercices : ex 27, 24*, 29, 37, 33 page 44 à 48 du manuel CE QUE JE DOIS SAVOIR ET SAVOIR-FAIRE POUR L’ÉVALUATION: pour réviser les notions de la leçon : - QCM en ligne : QCM du manuel page 39 + http://www.qcmweb.fr/entrainement.php?numqcm=214 http://www.qcmweb.fr/entrainement.php?numqcm=218 http://www.qcmweb.fr/entrainement.php?numqcm=219 pour travailler les savoirs et savoirs-faire : - Voir les exercices du parcours d’apprentissage manuel page 42 - Pour préparer l’évaluation : notamment ex 36 et 37 (fin du chapitre) corrigés