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Chim. N° 05 |
Les Solutions. Exercices. |
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Mots clés : Cours de chimie seconde Solutions Aqueuses, dissolution, Dissolution d'une espèce chimique moléculaire, solution de Dakin, concentration massique, titre massique, concentration molaire, quantité de matière, masse, volume, dilution , ... |
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Énoncé :
Une
solution est préparée en dissolvant du chlorure de sodium dans de
l’eau.
1)- Quels
sont le soluté et le solvant de la solution ?
2)-
S’agit-il d’une solution aqueuse ? Justifier la réponse. |
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Correction :
1)- Soluté et solvant :
Comme on dissout du chlorure de sodium dans de l’eau,
le soluté est le chlorure de sodium et le solvant l’eau. 2)- Il s’agit d’une solution aqueuse car le solvant est l’eau. On obtient des ions chlorure et des ions sodium parmi des molécules d’eau. L’eau est en large excès. Le chlorure de sodium est un solide ionique. Au cours de la dissolution, il y a destruction du cristal et solvatation des ions.
Les ions sont entourés de molécules d’eau
ce qui empêche l’agrégation des ions. |
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Énoncé :
Le sérum physiologique peut être utilisé pour le rinçage de l’œil ou des sinus.
Il est alors conditionné en ampoules de volume
Vsol
= 5,0 mL contenant une masse
m = 45 mg de chlorure
de sodium.
Calculer
la concentration massique du chlorure de sodium dans le sérum
physiologique. |
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Correction :
-
Concentration massique du chlorure de sodium.
-
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Énoncé :
Une perfusion de volume Vsol = 1,5 L contient une quantité de matière
n (G)
= 417 mmol de glucose.
Calculer
la concentration molaire en glucose de la perfusion. |
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Correction :
-
Concentration molaire en glucose de la perfusion.
-
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Énoncé :
Un technicien doit préparer une solution aqueuse de permanganate de potassium de volume :
Vsol = 2,0 L
à la concentration molaire
C = 2,0
×
10– 3
mol / L. 1)- Quelle quantité de permanganate de potassium doit-il prélever ?
En déduire
la masse de permanganate de potassium qu’il doit peser.
2)-
Rédiger
le protocole expérimental suivi par le technicien. Donnée :
Masse molaire du permanganate de potassium :
M = 158 g / mol. |
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Correction :
1)- Quantité
de matière et masse :
-
Quantité
de matière de potassium :
-
n
= C . V
-
n
= 2,0
×
10– 3 × 2,0
-
n
≈ 4,0
×
10– 3 mol
-
Masse de
permanganate de potassium nécessaire :
-
m
= n .
M
-
m
= 4,0
×
10– 3
× 158
-
m
≈ 0,63 g
2)-
Protocole expérimental :
- On pèse la masse m ≈ 0,63 g 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 = 2,0 L 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. |
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Énoncé :
L’eau oxygénée utilisée pour décontaminer les lentilles de contact contient 3,0 % en masse
de peroxyde d’hydrogène de formule
H2O2. Cela signifie que 100 g de solution contiennent 3,0 g de peroxyde d’hydrogène.
On considère un flacon de volume
Vsol = 360
mL de cette solution d’eau oxygénée.
La masse
volumique de la solution est
ρsol = 1,0
g / mL.
Calculer
la concentration molaire en peroxyde d’hydrogène dans la solution
d’eau oxygénée. |
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Correction :
-
Concentration molaire en peroxyde d’hydrogène dans la solution d’eau
oxygénée. - Première étape :
- Masse molaire de l’eau oxygénée :
-
M
(H2O2)
= 2 M (H) + 2 M (O)
-
M
(H2O2)
≈ 34,0 g / mol - Deuxième étape :
- Masse de Vsol = 360
mL de cette solution d’eau oxygénée :
-
msol =
ρsol .
Vsol (1) - Troisième étape :
- Masse de peroxyde d’hydrogène présent :
-
- Quatrième étape :
- Quantité de matière de peroxyde d’hydrogène
présent :
-
- Cinquième étape :
- Concentration molaire en peroxyde d’hydrogène :
-
-
Application numérique :
-
Il faut exprimer la masse volumique en g / L |
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Énoncé :
L’étiquette d’une bouteille de vin de contenance 750 mL indique un degréd’alcool égal à « 14 % vol ».
Cela signifie qu’un volume de
100 mL de vin contient 14 mL d’éthanol de formule brute
C2H6O. Données : densité de l’alcool d (ol) = 0,79 et masse volumique de l’eau :
ρ (eau) = 1,0 g / mL.
1)- Calculer
la masse volumique de l’éthanol
ρ (ol).
2)- Quel est
le volume d’éthanol pur dans la bouteille de vin ?
3)- Calculer
la quantité d’éthanol dans la bouteille de vin.
4)-
En
déduire la concentration molaire en éthanol dans la bouteille de
vin. L’alcoolémie maximale autorisée est 0,50 g d’éthanol par litre de sang. Au cours d’un repas, un homme de 65 kg boit trois verres de vin à 14 °, ce qui correspond à environ 450 mL de vin.
Une
demi-heure après le repas, 13 % de la masse d’alcool ingéré est
passée dans le sang.
5)- Calculer
la masse d’éthanol ingérée par cet homme.
6)- En
déduire la masse d’éthanol dans le sang au bout d’une demi-heure. 7)- Le volume sanguin de cet homme est d’environ 6,0 L.
Cette personne est
–elle en infraction si elle conduit son véhicule ? |
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Correction :
1)- Masse
volumique de l’éthanol : - Dans l’énoncé, on donne la densité de l’éthanol.
- Elle se détermine par
rapport à l’eau.
-
2)- Volume
d’éthanol pur dans la bouteille de vin :
-
3)- Quantité
d’éthanol dans la bouteille de vin :
-
- Remarque : si on arrondit m (ol) ≈ 1,1 × 102 g, alors
-
n
(ol) ≈ 1,9 mol
4)-
Concentration molaire en éthanol dans la bouteille de vin
-
5)- Masse
d’éthanol ingérée par cet homme :
-
mi
(ol) = n (ol) . M (ol)
-
mi
(ol) = C (ol) . V
sol . M (ol)
-
mi
(ol) = 2,4
×
450
×
10–3
×
46
-
mi
(ol) ≈ 50 g
6)- Masse
d’éthanol dans le sang au bout d’une demi-heure.
-
7)- Titre
massique de l’éthanol dans le sang :
-
-
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Énoncé :
L’eau de
Javel est un des agents antiseptiques les plus couramment utilisés.
Elle est
commercialisée sous deux formes différentes : en bouteille et en
« berlingot ».
La
notice d’un berlingot contenant 250 mL d’eau de Javel indique
« verser le berlingot dans une bouteille de 1 litre vide et
compléter avec de l’eau froide.
1)- Calculer
le facteur de dilution. 2)- Le berlingot a une concentration massique égale à 152 g / L « en chlore actif ».
Calculer la concentration massique « en chlore actif » de
l’eau de Javel préparée dans la bouteille. 3)- On souhaite préparer une solution S de volume VS = 50,0 mL en diluant 10 fois l’eau de Javel en bouteille.
Proposer
un protocole expérimental permettant de préparer la solution
S. 4)- La notice montre le pictogramme ci-dessous.
Préciser les règles de
sécurité à respecter lors de la préparation de la solution
S.
Pictogramme :
5)- @
Pourquoi est-il dangereux de mélanger l’eau de Javel avec un
« produit » acide (comme un détartrant par exemple ? |
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Correction :
1)- Facteur
de dilution :
-
Par
définition :
-
Or :
n = C0
. V0
= C1
. V1
-
En
conséquence : - Attention, il faut exprimer les volumes dans la même unité.
-
Le
facteur de dilution F est un nombre qui n’a pas
d’unité.
2)-
Concentration massique « en chlore actif » de l’eau de Javel
préparée dans la bouteille :
-
La
concentration massique initiale a été divisée par 4.
-
3)-
Protocole expérimental :
-
Au cours
de la dilution, il y a conservation de la quantité de matière de
soluté :
-
Ainsi : n = C1
. V1
= Cs
. Vs
-
- 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 = 5,0 mL à l’aide d’une pipette jaugée
muni de sa propipette.
-
On verse
le volume V = 5,0 mL dans une fiole jaugée de 50 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.
4)- Règles
de sécurité :
Pictogramme : - Les espèces chimiques nocives ou irritantes provoquent une gêne provisoire - (exemple : ammoniac).
Il faut porter les gants et les lunettes et travailler dans un
endroit ventilé.
5)- Les
dangers de l’eau de Javel : - L’eau de Javel réagit avec un produit détartrant - (comme l’acide chlorhydrique) en formant un gaz : le dichlore
- Le dichlore est un gaz
toxique qu’il faut absolument éviter de respirer.
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Énoncé :
L’arnica
montana est une plante médicinale dont les extraits entrent dans la
composition de pommades et de granules homéopathiques. Pour préparer ces granules, le préparateur réalise une teinture mère puis procède par dilution successives :
une goutte de teinture mère est
additionnée de 99 gouttes de solvant, ce qui correspond à une
dilution notée 1 CH.
De même,
une goutte de solution à 1 CH additionnée de 99 gouttes de solvant
correspond à une dilution notée 2 CH…
Les
granules sont composés d’un mélange saccharose-lactose imprégné de
la solution diluée.
1)- @
Qu’est-ce que l’homéopathie ? Rechercher la signification des
lettres CH associées à la dilution de la teinture mère.
2)- Quel est
le facteur de dilution permettant d’obtenir une solution à 5 CH à
partir de la teinture mère ?
3)- Pourquoi
ces granules sont-elles des médicaments homéopathiques ? |
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Correction :
1)-
L’homéopathie :
-
Le
traitement homéopathique : On peut effectuer une recherche sur internet.
-
Mots
Clés : homéopathie ; traitement homéopathique ; … - Pour traiter une maladie, on utilise des espèces chimiques qui provoquent les mêmes effets que la maladie.
-
Ces espèces chimiques sont
utilisées à des doses infinitésimales (elles sont très diluées).
-
L’homéopathie a été mise au point par le Docteur Hahnemann il y a 2
siècles (1796).
-
Elle
repose essentiellement sur deux fondements :
-
La loi
de similitude :
le semblable guérit le semblable. - Une substance qui provoque un groupe de symptômes chez une personne en bonne santé peut guérir une personne malade chez qui se manifeste le même groupe de symptômes. - C’est ce principe qui a donné son nom à l’homéopathie, des mots grecs homeo et pathos
signifiant respectivement « similaire » et « maladie ou
souffrance ». - Le procédé des hautes dilutions : - Les remèdes homéopathiques sont dilués plusieurs fois dans l’eau ou dans un mélange d’eau et d’alcool. - Entre les dilutions successives, on administre au remède une série de secousses (appelées succussions dans le jargon des homéopathes). - Le but est de le « dynamiser ».
Suivant le principe des hautes dilutions, plus grand est le nombre
de dilutions, plus puissant est le remède.
2)- Facteur
de dilution pour passer de la teinture mère à une solution à 5
CH.
-
On note
V
0
le volume d’une goutte :
-
-
Pour
passer de la solution mère à la solution 1 CH, on a effectué une
dilution et le facteur de dilution F = 100.
-
Pour
passer de la solution mère (teinture mère) à la solution 5 CH, on a
effectué 5 dilutions successives au 1/100ième :
-
F05
= 100 ×
100 × 100 × 100 × 100 = 1010
3)-
Médicaments homéopathiques : - Les doses de médicament administrées sont très faibles, infinitésimales.
-
C’est pour cela que l’on utilise les termes médicaments
homéopathiques.
-
Concentrations en principe actif des solutions :
-
On
considère que la concentration molaire de la solution mère (teinture
mère) a pour valeur : C = 1,0 mol / L. - On va calculer la concentration des différentes solutions jusqu’à 12 CH et voir si on a encore des molécules
du principe actif aux grandes
dilutions.
-
1 CH :
-
2 CH :
-
3 CH :
-
On
remarque que : Cn
= 1,0
×
10–
2 n
mol / L
-
Concentrations en principe actif C11 et C12 des solutions 11
CH et
12 CH - 11 CH : - C11 = 1,0 × 10– 2 × 11 mol / L
- C11
= 1,0
×
10– 22
mol / L - 12 CH : - C12 = 1,0 × 10– 2 × 12 mol / L - C12 = 1,0 × 10– 24 mol / L
-
Nombre
de molécules par litre :
-
Pour la
solution 11 CH : - N11 = NA × C11 - N11 = 6,02 × 10 23 × 1,0 × 10– 22
- N11
≈ 60
molécules - N12 = NA × C 12 - N12 = 6,02 × 10 23 × 1,0 × 10– 24
- N12
≈ 0,60
molécule
-
Il y a
moins d’une molécule par litre de solution !
-
Pour
avoir une molécule au moins, il faut utiliser un volume :
-
V
= 1 / 0,60 =>
V
≈ - Pour cette dilution, on n’est pas sûr d’avoir une molécule de principe actif. - Cela revient à utiliser l’effet placebo.
-
On peut effectuer une
recherche sur l’effet placebo |
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Énoncé :
La solution de Dakin est une solution antiseptique pour la peau et les muqueuses. Elle est composée d’un mélange d’espèces chimiques dont seul le permanganate de potassium est coloré en violet. On cherche à déterminer un encadrement de la concentration en permanganate de potassium de la solution de Dakin à partir d’une échelle de teinte. Une solution mère S0 de concentration C0 = 2,0 × 10– 4 mol / L en permanganate de potassium est utilisée pour préparer 5 solutions filles, chacune de volume Vf = 10,0 mL.
Pour cela, on introduit un volume
V0i
de la
solution mère dans 5 tubes à essai identiques que l’on complète avec
de l’eau distillée selon le tableau ci-dessous :
1)-
Calculer
les concentrations molaires
Cfi
des
solutions filles et compléter le tableau.
2)-
Avec
quelle verrerie mesure-t-on les volumes
V0i
? 3)- Dans un tube à essai identique à ceux utilisés pour l’échelle de teinte, on verse 10 mL de la solution de Dakin. La teinte de la solution est comprise entre les teintes des solutions S3 et S4.
Donner un encadrement de la concentration molaire en permanganate de
potassium. 4)- Le fabriquant indique que 100 mL de solution de Dakin contiennent 1,0 mg de permanganate de potassium.
Calculer la concentration molaire
en permanganate de potassium.
5)-
La
valeur de la concentration molaire calculée est-elle en accord avec
celle déduite de l’échelle de teinte ?
Donné :
formule du permanganate de potassium :
KMnO4. |
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Correction :
1)-
Concentrations molaires Cfi
des
solutions filles :
-
Expression littérale de la relation permettant de calculer la
concentration de la solution fille :
-
Au cours
de la dilution, il y a conservation de la quantité de matière de
soluté.
-
n
= C0
. V0i
= Cfi
. Vf
-
-
Tableau
de valeurs :
2)-
Verrerie : - Lors d’une séance de travaux pratiques, on peut utiliser une burette graduée de 20 mLou une pipette graduée de 10 mL.
-
On ne cherche pas
une très grande précision. 3)- Encadrement de la valeur de la concentration en permanganate de potassium :
-
La
teinte de la solution est comprise entre les teintes des solutions
S3
et
S4
-
6,0 × 10–5 mol /
L <
C (KMnO4)
< 8,0 × 10–5 mol /
L
4)-
Concentration molaire en permanganate de potassium :
-
Le
fabriquant indique le titre massique : 1,0 mg de KMnO4
dans 100 mL de solution.
-
Il faut
déterminer la valeur de la masse molaire du permanganate de
potassium :
-
M
(KMnO4)
= 158 g / mol
-
Titre
massique de la solution de Dakin en permanganate de potassium :
-
-
Concentration molaire en permanganate de potassium :
-
5)-
Comparaison avec le résultat donné par l’échelle des teintes :
-
6,0 × 10–5 mol /
L <
6,3 × 10–5 mol /
L
< 8,0 × 10–5 mol /
L - La valeur calculée est bien en accord avec la valeur estimée à l’aide de l’échelle des teintes.
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