Solutions et concentration
Solvant, soluté, concentration en masse, solubilité, préparation d'une solution par dissolution et par dilution, échelle de teintes.
1. Solutions aqueuses
Définition
Une solution est obtenue en dissolvant un soluté (solide, liquide ou gaz) dans un solvant. Si le solvant est l'eau, la solution est aqueuse.
Définition · Solubilité
La solubilité est la masse maximale de soluté que l'on peut dissoudre dans $1$ L de solvant. Au-delà, la solution est saturée et le soluté ne se dissout plus. Pour le sel dans l'eau à $20\,{}^\circ\text{C}$ : environ $360$ g/L.
2. Concentration en masse
Définition
La concentration en masse $C_m$ d'un soluté dans une solution de volume $V$ :
$$C_m = \dfrac{m_\text{soluté}}{V_\text{solution}}$$en g/L si $m$ est en g et $V$ en L.
Attention · Ne pas confondre
La concentration en masse ($C_m$, en g/L) ne doit pas être confondue avec la masse volumique ($\rho$, masse de la solution par litre).
3. Préparer une solution par dissolution
Expérience · Préparer 100 mL d'eau sucrée à 20 g/L
- Calculer et peser $m = C_m \times V = 20 \times 0{,}100 = 2{,}0$ g de sucre dans une coupelle.
- L'introduire dans la fiole jaugée avec l'entonnoir ; rincer coupelle et entonnoir avec de l'eau distillée.
- Remplir aux trois quarts, boucher et agiter jusqu'à dissolution complète.
- Compléter jusqu'au trait de jauge (bas du ménisque), boucher et homogénéiser.
4. Diluer une solution
Propriété · Conservation de la masse de soluté
Diluer, c'est ajouter du solvant : la masse de soluté prélevée se conserve.
$$C_\text{mère} \times V_\text{mère} = C_\text{fille} \times V_\text{fille}$$Définition · Facteur de dilution
$F = \dfrac{C_\text{mère}}{C_\text{fille}} = \dfrac{V_\text{fille}}{V_\text{mère}}$ (toujours supérieur à $1$).
Méthode · Protocole de dilution
Prélever $V_\text{mère}$ avec une pipette jaugée (munie d'une propipette), l'introduire dans une fiole jaugée de volume $V_\text{fille}$, compléter au trait de jauge avec de l'eau distillée et homogénéiser.
5. Échelle de teintes
Expérience · Déterminer la concentration d'un sirop
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Exercices corrigés
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Calculer une concentration
★☆☆On dissout $5{,}0$ g de sel dans de l'eau pour obtenir $250$ mL de solution. Calculer $C_m$.
Préparer une solution
★★☆Quelle masse de sulfate de cuivre faut-il peser pour préparer $100{,}0$ mL de solution à $12{,}0$ g/L ?
Dilution
★★☆On veut préparer $50{,}0$ mL d'une solution à $2{,}0$ g/L à partir d'une solution mère à $10$ g/L. Quel volume de solution mère faut-il prélever ? Quel est le facteur de dilution ?
Vocabulaire
★☆☆Dans l'eau sucrée, nommer le soluté et le solvant. La solution est-elle aqueuse ?
Volume de solution
★☆☆Quel volume de solution à $15$ g/L contient $3{,}0$ g de soluté ?
Sérum physiologique
★★☆Le sérum physiologique contient $9{,}0$ g de sel par litre. Quelle masse de sel contient une dosette de $5{,}0$ mL ?
Solubilité
★★☆La solubilité du sel est $360$ g/L. Peut-on dissoudre $100$ g de sel dans $250$ mL d'eau ?
Facteur de dilution
★☆☆On dilue $10$ fois une solution à $50$ g/L. Quelle est la concentration de la solution fille ?
Choisir la verrerie
★★☆Pour diluer $20$ fois une solution et obtenir $100{,}0$ mL, quel volume faut-il prélever ? Quelle verrerie utiliser ?
Sirop
★★☆Un sirop contient $600$ g de sucre par litre. On en verse $20$ mL dans un verre qu'on complète à $200$ mL avec de l'eau. Quelle est la concentration en sucre de la boisson ?
Erreur de protocole
★★☆Un élève remplit la fiole jaugée jusqu'au trait avant d'agiter pour dissoudre le soluté. Pourquoi est-ce une mauvaise méthode ?
Échelle de teintes
★★☆Dans l'expérience du cours, le sirop avait été dilué $50$ fois avant la comparaison. Estimer la concentration du sirop initial.
Masse de soluté dans une dilution
★★★On prélève $20{,}0$ mL d'une solution à $8{,}0$ g/L et on complète à $100{,}0$ mL. Calculer la masse de soluté prélevée, puis la concentration finale.
Concentration et évaporation
★★★On laisse s'évaporer la moitié de l'eau de $200$ mL d'eau salée à $30$ g/L. Quelle est la nouvelle concentration ?
Mélange de deux solutions
★★★On mélange $100$ mL d'eau sucrée à $20$ g/L et $300$ mL à $40$ g/L. Quelle est la concentration du mélange ?
Unités
★☆☆Convertir $2{,}5$ g/L en mg/mL, puis $500$ mg/L en g/L.
Boisson énergétique
★★☆Une canette de $250$ mL contient $80$ mg de caféine. Calculer la concentration en masse de caféine en g/L.
Série de dilutions
★★★À partir d'une solution mère à $10$ mg/L, décrire comment préparer $50{,}0$ mL de solution à $2{,}0$ mg/L pour l'échelle de teintes.
Masse volumique ou concentration ?
★★☆Une solution de sel a une masse volumique de $1{,}07$ g/mL et une concentration de $100$ g/L. Expliquer la différence entre ces deux grandeurs.
Vrai ou faux
★★☆a) Diluer une solution augmente sa concentration. b) Le facteur de dilution est supérieur à 1. c) On prélève la solution mère avec un bécher.
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