Mots clés : Cours de chimie seconde Solutions Aqueuses,  dissolution, Dissolution d'une espèce chimique moléculaire, solution de Dakin, concentration massique, titre massique, soluté, solvant, concentration molaire, quantité de matière, masse, volume, dilution , ...

I- Dissolution d’une espèce chimique.

1)- Définitions.

2)- Exemple.

  Dissolution du sucre (le glucose) dans l’eau C₆H₁₂O₆ (s).

  - On obtient une solution sucrée qui est une solution aqueuse qui contient des molécules de glucose C₆H₁₂O₆ (aq).

  Dissolution du permanganate de potassium dans l’eau KMnO₄ (s).

  - On obtient une solution aqueuse colorée (violette) qui contient des ions permanganate MnO₄^– (aq) et des ions potassium K⁺(aq).

  Dissolution de chlorure de sodium dans l’eau NaCl (s).

  - On obtient une solution aqueuse salée qui contient des ions chlorure Cl^– (aq) et des ions sodium Na⁺(aq).

  - Certaines  espèces chimiques sont insolubles dans l’eau comme le sable, l’huile.

  - Une espèce chimique est insoluble dans l’eau si on la retrouve tel quelle en présence d’eau.

  - Exemple : le diiode est très peu soluble dans l’eau.

  - Le soluté n’est pas totalement dissous. 

  - La solution obtenue est saturée.

  - Il y a dans ce cas un dépôt de solide au fond du récipient.

  -   La solution n’est pas homogène.

3)- Solution saturée.

  - Exemple : on ne peut  pas dissoudre plus de 350 g de chlorure de sodium pour disposer d’un litre de solution à 25 ° C.

  - Au-delà de cette masse, le chlorure de sodium ne se dissous plus.

  - On est en présence d’une solution saturée dans laquelle on observe un dépôt de soluté au fond du récipient.

  - Une solution est saturée lorsque le soluté introduit n’est pas totalement dissous.

  - Une solution dans laquelle après agitation, tout le soluté solide introduit n’a pas disparu, est une solution saturée.

4)- Propriétés des solutions.

  - Le soluté est ionique si la solution obtenue est formée d’ions parmi des molécules d’eau.

  - C’est le cas de la solution aqueuse de sulfate de cuivre II.

  - La solution contient des ions cuivre II, Cu²⁺ (aq) et des ions sulfate SO₄^2– (aq).

  - Lors de la réalisation de la solution avec le cristal ionique, le soluté réagit avec l’eau.

  -  Le soluté est moléculaire si la solution obtenue contient des molécules de soluté (soluté moléculaire) et des molécules d’eau.

  - Lors de la réalisation de la solution, le soluté ne réagit pas avec l’eau. 

  - C’est le cas de la solution de saccharose (C₁₂H₂₂O₁₁) et de celle de diiode I₂.

  - La solution de saccharose contient des molécules de saccharose et celle de diiode contient des molécules de diiode et bien sur des molécules de solvant : l’eau.

  -  Remarque : il se peut que le soluté moléculaire réagisse partiellement avec l’eau pour donner des ions.

  - La solution aqueuse contient alors : des ions et des molécules de soluté n’ayant pas réagi.

  - En conséquence :

  - Pour séparer le soluté du solvant, il faut effectuer :

  - Soit une distillation,

  - Soit une évaporation.

II- Concentration d’une solution.

1)- Concentration massique ou teneur massique.

a)-  Définition :

  - Relation :

  - Exemple : Étiquette d’une eau minérale.

  - L’étiquette donne la concentration massique des ions présents dans l’eau minérale.

2)- Concentration molaire.

a)-  Définition.

  -  Relation :

  - Exemple :

  - Les résultats d’analyses médicales indiquent les concentrations massiques et molaires des espèces chimiques dosées dans le sang.

3)- Relation entre quantité de matière, masse, volume et concentrations.

  -  On considère l’espèce chimique A de masse molaire M (A).

  - On peut écrire les trois relations suivantes :

  - On en déduit la relation liant la concentration massique et la concentration molaire.

  -  ou 

4)- Notation.

  - Cas d’une solution qui contient des molécules de soluté X.

  -  Il y a deux façons de noter la concentration :

  - Soit C_X ou [X] .

  - Exemple :

  -  Pour une solution aqueuse de diiode de concentration 0,020 mol / L, on peut écrire :

  - C (I₂) ≈ 0,020 mol / L ou  [ I₂] ≈ 0,020 mol / L

  - Car la solution aqueuse contient des molécules de diiode parmi des molécules d’eau.

  -  Cas d’une solution ionique.

  - Exemple : une solution aqueuse de sulfate de cuivre II.

  - C (CuSO₄) ≈ 0,020 mol / L ou  [Cu²⁺ ] ≈ 0,020 mol / L et [SO₄^{2 –}] ≈ 0,020 mol / L

  - Mais l’écriture : [CuSO₄] ≈ 0,020 mol / L n’a pas de sens car la molécule de formule CuSO₄ n’existe pas.

  - Le cristal de sulfate de cuivre II de formule CuSO₄ est un cristal ionique dans lequel il y a en proportion, un ion cuivre II pour un ion sulfate.

  - Ceci est une formule statistique.  

  - La solution aqueuse obtenue contient autant d’ions cuivre II que d’ions sulfate.

5)- Calcul d’une concentration.

  - Application 1 :

  -  Réponse :

  - Concentration  en éthanol de la solution obtenue.

  -    

  -  Application 2 :

  - Réponse :

  - Dans un premier temps, il faut déterminer la quantité de matière de glucose utilisé

  - Quantité de matière de glucose utilisé :

  -    (1)

  - Avec n quantité de matière en mol, m la masse du morceau de sucre en g et M la masse molaire du glucose en g / mol.

  - Concentration en glucose de la solution :

  -   (2)

  - en combinant (1) et (2) :

  -    

III- Préparation de solutions aqueuses.

1)- Le matériel utilisé.

  -  La balance qui sert à peser les espèces chimiques solides et liquides.

  - Les capsules et verres de montre qui peuvent contenir des solides (on les utilise lors des pesées)

  - Les récipients comme les béchers et erlenmeyers qui peuvent contenir des espèces chimiques liquides ou des solutions aqueuses.

  - La verrerie qui permet la mesure du volume d’une solution :

  - l’éprouvette graduée, la pipette jaugée, la pipette graduée, la fiole jaugée et la burette graduée. 

  - Une pipette simple pour ajuster les volumes et une pissette d’eau distillée.

2)- Dissolution d’une espèce solide moléculaire.

  - Application 3 :

  - Réponse :

  - Matériel utilisé : une balance pour peser le glucose, un verre de montre, un entonnoir, une fiole jaugée de 100 mL et de l’eau distillée.

  Mode opératoire :

  - On pèse la masse m de soluté au moyen d’une balance. .

  - On place le soluté dans un récipient et on utilise la fonction tare de la balance pour lire directement la masse du contenu du récipient.

  - On introduit le solide dans une fiole jaugée de volume V = 100 mL en utilisant un entonnoir.

  - On rince le récipient utilisé et l’entonnoir avec une pissette d’eau distillée.

  -  L’eau de rinçage doit couler dans la fiole jaugée.

  - On remplit la fiole jaugée environ aux trois quarts avec de l’eau distillée et on agite pour accélérer la dissolution et homogénéiser la solution.

  - On complète avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge.

  - On ajuste le niveau avec une pipette simple.

  - On bouche et on agite pour homogénéiser.

  - Masse de glucose nécessaire :

  - On connaît la concentration C de la solution et son volume V.

  -  On peut en déduire la quantité de matière nécessaire : n = C . V  (1)

  - Masse de glucose nécessaire : m = n . M  (2)

  - En combinant (1) et (2) : m = C . V . M

  - Application numérique :

  - m ≈ 0,100 x 0,100 x 180

  -  m ≈ 1,80 g

  -  Schématisation des différentes étapes :

3)- Dilution d’une solution aqueuse.

a)-  Principe de la dilution.

  - Diluer une solution, c’est en ajoutant du solvant, préparer une nouvelle solution moins concentrée que la solution initiale.

  - Lors d’une dilution, la concentration molaire du soluté diminue, mais sa quantité de matière ne change pas.

  - On dit qu’au cours d’une dilution, la quantité de matière de soluté se conserve.

  - La solution de départ est appelée la solution mère et la solution diluée est appelée la solution fille.

  -    

  - si A représente l’espèce présente dans la solution. 

  - La quantité de matière n (A) de cette espèce est la même dans la solution mère et dans la solution fille.

  - Il y a conservation de la quantité de matière de soluté :

  - la quantité de matière de soluté présente dans la solution mère : n (A) = C₁ . V₁  (1)

  -  la quantité de matière de soluté présente dans la solution fille  : n (A) = C₂ . V₂  (2)

  - Conséquence :

  - Avec obligatoirement V₁ < V₂ .

  - Le facteur de dilution , F est toujours supérieur à 1.

b)-  Réalisation pratique d’une dilution.

  - La dilution nécessite d’effectuer des mesures précises de volumes.

  -  On utilise pour ces opérations le matériel suivant :

  - Burette graduée, ou pipette graduée ou jaugée, fiole jaugée.

  - Application 4 :

  - Réponse :

  - Au cours de la dilution, il y a conservation de la quantité de matière de soluté :

  - Si on note n la quantité de matière de soluté utilisé :

  -    

  - Matériel :

  - Récipient : bécher ou erlenmeyer.

  - Matériel permettant la mesure précise de volumes :

  - Une pipette jaugée de 10 mL munie de sa propipette.

  - Une fiole jaugée de 200 mL

  - Pipette simple pour ajuster le volume.

  -  Solutions : solution mère et pissette d’eau distillée.

  Mode opératoire :

  - On verse un peu de solution mère dans un bécher (on ne pipette jamais dans le récipient qui contient la solution mère).

  - On prélève le volume V = 10 mL à l’aide d’une pipette jaugée munie de sa propipette.

  - On verse le volume V = 10 mL dans une fiole jaugée de 200 mL.

  -  On remplit la fiole jaugée environ aux trois quarts avec de l’eau distillée. On mélange.

  - On complète avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge.

  - On ajuste le niveau avec une pipette simple.

  - On bouche et on agite pour homogénéiser.

  - Schématisation des différentes étapes :

IV- Applications.

1)- QCM : Pour chaque question, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s).

2)- Exercices : Exercices  énoncé avec correction