Les solutions
Seconde physique-chimie • Solvant • Soluté • Concentration massique • Concentration molaire • Dissolution • Dilution
Objectifs du chapitre
Ce cours reprend tes phrases comme base : solution, solvant, soluté, concentration massique, concentration molaire, préparation par dissolution, dilution, facteur de dilution et lien entre concentration massique et concentration molaire.
Définir
Solvant, soluté, solution, concentration.
Calculer
Cm, C, m, n, V, facteur de dilution k.
Réaliser
Un protocole de dissolution ou de dilution avec le bon matériel.
🔴 Méthode obligatoire pour les exercices
Dans chaque correction, on part de la formule du cours encadrée, puis on fait le travail littéral, et enfin seulement l’application numérique.
Exemple : isoler la masse avec la concentration massique
On multiplie par V :
Donc :
I. Définitions
C’est un liquide, un solvant, dans lequel est dissoute une certaine quantité de soluté.
Solvant : le liquide dans lequel on va dissoudre.
Soluté : c’est l’espèce qui est dissoute dans le solvant.
Exemples de solvant :
- eau : solution aqueuse ;
- éthanol ;
- essence.
Exemples de soluté :
- solide : café, sucre, sel ;
- liquide : whisky, sirop ;
- gaz : CO₂, O₂.
Pour comparer deux solutions qui contiennent le même soluté, on va devoir définir la concentration de la solution.
II. La concentration massique
La concentration d’une solution dépend de 2 paramètres :
- la quantité de soluté ;
- le volume de solvant / solution.
La concentration massique, c’est la masse de soluté par rapport au volume de solution.
- Cm : concentration massique en g·L⁻¹ ou en mg·L⁻¹ ;
- m : masse de soluté en g ou en mg ;
- V : volume de la solution en L.
Conversion très importante :
mL → L : on multiplie par 10⁻³.
Exercice type 1 — Calculer une concentration massique
Calculer la concentration d’une solution de 200 mL qui contient m = 2,0 g de sel.
Formule du cours :
La formule est déjà sous la bonne forme.
Conversion :
V = 200 mL = 200 × 10⁻³ L = 0,200 L
Application numérique :
Cm = 2,0 / (200 × 10⁻³)
Cm = 10 g·L⁻¹
Exercice type 2 — Calculer une masse de soluté
Calculer la masse de sucre à dissoudre pour préparer 100 mL d’une solution à 15 g·L⁻¹.
Formule du cours :
On multiplie par V :
Donc :
Conversion :
V = 100 mL = 100 × 10⁻³ L = 0,100 L
Application numérique :
m = 15 × 100 × 10⁻³
m = 1,5 g
Exercice type 3 — Calculer un volume
Calculer le volume d’eau à ajouter à 2,0 g de café pour préparer une solution à 40 g·L⁻¹.
Formule du cours :
On multiplie par V :
On divise par Cm :
Application numérique :
V = 2,0 / 40
V = 0,050 L = 50 mL
III. La concentration molaire
Dans la plupart des cas, on préparera des solutions en définissant la concentration molaire.
- C : concentration molaire en mol·L⁻¹ ;
- n : quantité de matière en mol ;
- V : volume de la solution en L.
Exercice type 1 — Dissoudre du sel et calculer C
On prépare une solution par dissolution de 2,0 g de NaCl dans 100 mL d’eau. Calculer la concentration molaire de cette solution.
Données : MNa = 23 g·mol⁻¹ ; MCl = 35,5 g·mol⁻¹.
Étape 1 : masse molaire
MNaCl = MNa + MCl = 23 + 35,5 = 58,5 g·mol⁻¹.
Étape 2 : quantité de matière
Formule du cours :
La formule est déjà sous la bonne forme.
n = 2,0 / 58,5
n = 0,034 mol
Étape 3 : concentration molaire
Formule du cours :
La formule est déjà sous la bonne forme.
V = 100 mL = 100 × 10⁻³ L = 0,100 L
C = 0,034 / (100 × 10⁻³)
C = 0,34 mol·L⁻¹
Exercice type 2 — Masse à peser pour une solution molaire
Calculer la masse de sel NaCl à peser pour préparer 50 mL d’une solution à C = 0,25 mol·L⁻¹.
Donnée : MNaCl = 58,5 g·mol⁻¹.
Étape 1 : calculer n
Formule du cours :
On multiplie par V :
Donc :
V = 50 mL = 50 × 10⁻³ L = 5,0 × 10⁻² L
n = 0,25 × 50 × 10⁻³
n = 0,012 mol
Étape 2 : calculer m
Formule du cours :
On multiplie par M :
Donc :
m = 0,012 × 58,5
m = 0,70 g
IV. Protocole : préparer une solution par dissolution
Protocole : préparer une solution par dissolution
- Peser le soluté avec une balance préalablement tarée, un verre de montre ou une coupelle, une spatule.
- Introduire le soluté dans une fiole jaugée avec un entonnoir. Rincer la coupelle avec de l’eau distillée.
- Rajouter de l’eau distillée jusqu’à la moitié environ avec une pissette.
- Agiter sans retourner pour dissoudre le soluté.
- Compléter jusqu’au trait de jauge : le bas du ménisque doit être aligné avec le trait de jauge.
- Boucher, retourner, agiter.
V. La dilution
On ne pourra pas préparer de solution par dissolution si les concentrations sont trop faibles.
On va plutôt diluer une solution concentrée appelée solution mère.
Diluer : c’est diviser la concentration par un facteur k appelé facteur de dilution.
- C₀ : concentration de la solution mère ;
- Cf : concentration de la solution fille ;
- V₀ : volume du prélèvement, avec une pipette jaugée ;
- Vf : volume de la fiole jaugée, solution fille.
Démonstration
Lors d’une dilution, la quantité de soluté prélevée dans la solution mère (n₀ = C₀ × V₀) se retrouve dans la solution fille.
Donc :
Relation de la dilution.
À partir de la relation de dilution :
On divise par Cf × V₀ :
Méthode du cahier
On va utiliser Vf et V₀ pour déterminer :
Puis on calcule Cf :
Exercice type — Dilution simple
On prélève V₀ = 10 mL de solution mère C₀ = 0,1 mol·L⁻¹ que l’on dilue dans une fiole jaugée de 100 mL. Calculer la concentration de la solution fille.
Formule du facteur de dilution :
On calcule k :
k = 10
Formule :
Cf = 0,1 / 10
Cf = 0,01 mol·L⁻¹
Remarque importante :
Lorsqu’on calcule k = Vf / V₀, il est inutile de convertir V en L si les deux volumes sont dans la même unité.
Exemple : k = 100 mL / 10 mL = 100 × 10⁻³ / 10 × 10⁻³ = 10. C’est pareil.
Protocole de dilution
- On prélève avec une pipette jaugée un volume V₀ de solution mère dans un bécher.
- On verse la solution mère prélevée dans la fiole jaugée.
- On complète jusqu’au trait de jauge avec de l’eau distillée à la pissette.
- On bouche, on retourne, on agite.
Exercice type — Choisir le matériel
On souhaite faire une dilution pour préparer une solution à Cf = 0,05 mol·L⁻¹ à partir d’une solution mère à C₀ = 0,1 mol·L⁻¹. Calculer le facteur de dilution et proposer une liste de matériel.
Formule :
k = 0,1 / 0,05 = 2.
On veut donc Vf = 2 × V₀.
Exemple : pipette jaugée de V₀ = 25 mL et fiole jaugée de Vf = 50 mL.
k = 2
| Vf (mL) | 100 | 50 | 100 | 200 | 1000 | 100 | 100 | 50 | 50 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| V₀ (mL) | 10 | 5 | 20 | 10 | 10 | 5 | 25 | 25 | 10 |
| k | 10 | 10 | 5 | 20 | 100 | 20 | 4 | 2 | 5 |
VI. Lien entre Cm et C
Dans la plupart des étiquettes, on trouve la concentration massique. Or, pour prévoir des réactions chimiques, on a besoin de connaître la concentration molaire.
Donc :
avec C en mol·L⁻¹, Cm en g·L⁻¹ et M en g·mol⁻¹.
Exemple — Solution de NaCl à 10 g·L⁻¹
Une solution est à 10 g·L⁻¹ de NaCl. Calculer la concentration molaire. Donnée : MNaCl = 58,5 g·mol⁻¹.
Formule du cours :
C = 10 / 58,5
C = 0,17 mol·L⁻¹
VII. Exercices contextualisés
1. Boisson sucrée de récupération
Une boisson contient 12 g de sucre dans 250 mL de solution. Calculer la concentration massique en sucre.
Formule du cours :
V = 250 mL = 250 × 10⁻³ L = 0,250 L
Cm = 12 / 0,250
Cm = 48 g·L⁻¹
2. Sérum physiologique
Un sérum physiologique contient 9,0 g·L⁻¹ de NaCl. Calculer sa concentration molaire. Donnée : MNaCl = 58,5 g·mol⁻¹.
Formule du cours :
C = 9,0 / 58,5
C = 0,154 mol·L⁻¹
3. Lagon et dioxygène dissous
Une eau de mer contient 8,0 mg·L⁻¹ de dioxygène dissous. Quel volume d’eau contient 40 mg de dioxygène ?
Formule du cours :
On multiplie par V :
On divise par Cm :
V = 40 / 8,0
V = 5,0 L
4. Dilution d’un sirop
On prélève 20 mL d’un sirop concentré, puis on complète dans une fiole de 200 mL. Calculer le facteur de dilution.
Formule :
k = 200 / 20
k = 10
VIII. Partie type bac / évaluation — niveau seconde
Situation 1 — Solution de chlorure de calcium
On dissout 20 mg de CaCl₂ dans 100 mL d’eau.
- Calculer la concentration massique de cette solution.
- Calculer la quantité de matière de soluté dissoute.
- Calculer la concentration molaire de cette solution.
- On souhaite préparer une solution ayant la même concentration massique avec 25 g de CaCl₂. Calculer le volume d’eau à ajouter.
Données : MCa = 40,1 g·mol⁻¹ ; MCl = 35,5 g·mol⁻¹.
1. Concentration massique
Formule :
m = 20 mg = 20 × 10⁻³ g ; V = 100 mL = 100 × 10⁻³ L
Cm = (20 × 10⁻³) / (100 × 10⁻³)
Cm = 0,20 g·L⁻¹
2. Quantité de matière
MCaCl₂ = 40,1 + 2 × 35,5 = 111,1 g·mol⁻¹.
Formule :
n = (20 × 10⁻³) / 111,1
n = 1,8 × 10⁻⁴ mol
3. Concentration molaire
Formule :
C = 0,20 / 111,1
C = 1,8 × 10⁻³ mol·L⁻¹
4. Volume pour 25 g
Formule :
On isole V :
V = 25 / 0,20
V = 125 L
Situation 2 — Préparer une solution fille
On dispose d’une solution mère de concentration C₀ = 0,50 mol·L⁻¹. On veut préparer 100 mL d’une solution fille à Cf = 0,050 mol·L⁻¹.
- Calculer le facteur de dilution.
- Déterminer le volume V₀ à prélever.
- Proposer le matériel adapté.
- Rédiger le protocole.
Correction :
Formule :
k = 0,50 / 0,050 = 10.
Formule :
On multiplie par V₀ :
On divise par k :
V₀ = 100 / 10
V₀ = 10 mL
Matériel : pipette jaugée de 10 mL, fiole jaugée de 100 mL, bécher, pissette d’eau distillée, bouchon.
Protocole : prélever 10 mL de solution mère, verser dans la fiole jaugée de 100 mL, compléter à l’eau distillée jusqu’au trait, boucher, retourner, agiter.
📌 Fiche bilan — Les solutions
Solution
Solvant + soluté dissous.
Solvant
Liquide dans lequel on dissout.
Soluté
Espèce dissoute dans le solvant.
Concentration massique
g·L⁻¹ ou mg·L⁻¹.
Concentration molaire
mol·L⁻¹.
Quantité de matière
Lien Cm / C
Dissolution
On pèse un soluté puis on complète dans une fiole jaugée.
Dilution
Diluer = diviser la concentration.
Relation dilution
Facteur k
Conversion
mL → L : × 10⁻³.
Carte mentale
Définitions
Solvant, soluté, solution.
Cm
Masse par volume : Cm = m/V.
C
Quantité de matière par volume : C = n/V.
Dissolution
Peser, dissoudre, fiole jaugée, trait de jauge.
Dilution
Solution mère → solution fille.
Relation clé
C₀V₀ = CfVf ; k = Vf/V0.