La concentration molaire des espèces chimiques dans une solution

La concentration molaire des espèces chimiques dans une solution

التركيز المولي للأنواع الكيميائية في محلول

Situation problème

Lors de la préparation du café, nous y dissolvons des morceaux de sucre pour le rendre sucré selon nos besoins.

Quelle est la grandeur qui caractérise la douceur du café préparé, et comment on détermine cette grandeur ?

Comment procéder expérimentalement pour préparer une solution contenant une quantité de matière donnée d’une espèce chimique ?

I.Solution aqueuse

1. Définition d’une solution

Une solution est un mélange homogène obtenu par dissolution d’une espèce chimique appelée soluté dans un liquide appelé solvant.

Solvant + Soluté → Solution

Remarque : Le soluté peut être un solide, un liquide, ou un gaz.

2. La solution aqueuse

Si le solvant est l’eau, la solution est appelée solution aqueuse.

Eau + Soluté → Solution aqueuse

II.La concentration molaire

La concentration molaire C d’une solution est la quantité de matière du soluté X présente dans un litre de cette solution, elle est définie par la relation suivante :

C=n(X)VC=\dfrac{n(X)}{V}

n(X) : La quantité de matière du soluté en (mol)
V : Le volume de la solution en (L)
C : La concentration molaire de la solution en (mol.L−1)

Exercice d’application 1

On considère un échantillon de chlorure de sodium NaCl (le sel) de masse m = 10 g.

  1. Calculer la masse molaire de chlorure de sodium NaCl. On donne les masses molaires atomiques : M(Na) = 23 g·mol−1 ; M(Cl) = 35,5 g·mol−1
  2. Calculer la quantité de matière n contenue dans cet échantillon.
  3. On dissout cet échantillon dans un volume V = 100 mL d’eau.
    3.1 Déterminer le soluté et le solvant.
    3.2 Calculer la concentration molaire C de la solution obtenue.

III.Dilution d’une solution aqueuse

1. Définition de la dilution

Diluer une solution aqueuse, c’est ajouter de l’eau distillée afin de diminuer sa concentration molaire C.

La solution de départ est appelée solution mère de concentration molaire initiale Ci et de volume initial Vi.

La solution diluée est appelée solution fille de concentration molaire finale Cf et de volume final Vf.

avec Vf = Vi + Veau. Veau est le volume de l’eau ajoutée. L’eau distillée VeauDilutionSolution mère ViSolution fille Vf

2. Relation de dilution – Facteur de dilution

Lors d’une dilution, il y a conservation de la quantité de matière dissoute :

ni(X) = nf(X)

Ci = ni(X)Vi ⇔ ni(X) = Ci·Vi   et   Cf = nf(X)Vf ⇔ nf(X) = Cf·Vf

alors, on déduit que :

Ci · Vi = Cf · Vf

Cette relation est appelée relation de la dilution.

On définit le facteur de la dilution F par la relation :

F = CiCf = VfVi

Par exemple : si F = 10 on dit que la solution est dix fois diluée.

3. Protocole de la préparation d’une solution aqueuse par dilution

Pour préparer une solution fille de concentration bien déterminée à partir d’une solution mère de concentration initiale connue, on suit les étapes suivantes :

Étape 1 : On verse un peu de la solution mère dans un bécher et à l’aide d’une pipette jaugée de 10,0 mL on prélève le volume Vi de cette solution.

Étape 2 : On met le volume prélevé dans une fiole jaugée de 100,0 mL.

Étape 3 : On ajoute un peu d’eau distillée dans la fiole jaugée et on agite.

Étape 4 : On complète avec l’eau jusqu’au trait de jauge, et on agite en retournant complètement la fiole jaugée pour homogénéiser la solution. ① Pipette jaugée, prélèvement② Dans la fiole jaugée③ Ajout d’eau, agitation④ Jusqu’au trait de jauge

Exercice d’application 2

On prélève un volume Vi = 20,0 mL d’une solution aqueuse de sulfate de cuivre II de concentration Ci = 5,0·10−2 mol·L−1. Ce volume est introduit dans une fiole jaugée de 500 mL, on complète avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge, puis on homogénéise.

  1. Calculer la concentration Cf de la solution fille obtenue.
  2. Calculer le facteur de dilution F.