Fiche de révision : Composés ioniques et concentrations

📋 Plan du Cours

1. Formation et composition des sels
2. Ions polyatomiques et sels
3. Dissolution et conductivité électrique
4. Concentrations des solutions
5. Préparation des solutions
6. Cycle et pollution des phosphates
7. Atomes, ions et formules des sels

📖 1. Formation et composition des sels

🔑 Notions clés & Définitions

• Liaison ionique : Attraction électrostatique qui maintient ensemble des ions de signes opposés.

★ À maîtriser

• Les substances constituées d’ions sont appelées sels ou composés ioniques, et elles se forment notamment par réaction entre un métal et un non-métal.

• Dans la formation d’un composé ionique, les atomes métalliques perdent leurs électrons de valence et deviennent des cations, tandis que les atomes non métalliques les récupèrent et deviennent des anions.

• Dans un sel solide, les ions forment un réseau cristallin où chaque cation est attiré par les anions environnants et chaque anion par les cations environnants.

Compléments

• Les atomes du premier groupe perdent toujours un électron et ceux du deuxième groupe en perdent toujours deux.

• Les halogènes acceptent toujours un électron, tandis que l’oxygène forme presque toujours l’ion oxyde O²⁻ dans une liaison ionique.

• La formule d’un sel exprime le rapport moyen entre le nombre de ses cations et de ses anions, et non une molécule isolée.

• Le chlorure de sodium présente un rapport Na⁺:Cl⁻ de 1:1 et sa formule est NaCl.

• Le chlorure de calcium présente un rapport Ca²⁺:Cl⁻ de 1:2 et sa formule est CaCl₂.

💡 Astuce mémo

Le métal perd des électrons et devient cation ; le non-métal les gagne et devient anion.

📖 2. Ions polyatomiques et sels

★ À maîtriser

• Dans le carbonate de calcium CaCO₃, le calcium forme l’ion Ca²⁺ et le carbone avec l’oxygène forment l’ion carbonate CO₃²⁻, dont les atomes sont liés par des liaisons covalentes.

• Les ions polyatomiques à connaître sont :

  • le carbonate CO₃²⁻
  • le nitrate NO₃⁻
  • le phosphate PO₄³⁻
  • l’hydroxyde OH⁻
  • le sulfate SO₄²⁻
  • l’ammonium NH₄⁺

Compléments

• Dans le carbonate de calcium, les ions calcium et carbonate s’organisent en réseau ionique.

📖 3. Dissolution et conductivité électrique

★ À maîtriser

• Lors de la dissolution d’un composé ionique dans l’eau, le réseau se dissocie et les ions se retrouvent en solution aqueuse ; par exemple, NaCl(s) donne Na⁺(aq) et Cl⁻(aq).

• Une solution contenant des ions, c’est-à-dire des particules chargées, permet le passage du courant électrique.

Compléments

• L’eau pure ne conduit pas l’électricité, et une solution d’eau sucrée ou d’une autre substance moléculaire ne conduit pas non plus le courant.

• La mesure de la conductivité électrique d’une solution permet d’identifier la présence de composés ioniques dans l’eau.

💡 Astuce mémo

Des ions mobiles en solution → passage du courant électrique.

📖 4. Concentrations des solutions

🔑 Notions clés & Définitions

• Solution : Mélange homogène résultant de la dissolution d’un ou plusieurs solutés dans un solvant.
• Concentration : Quantité de soluté par unité de volume de solution, le volume final de la solution étant déterminant.
• Soluté : Substance moléculaire ou ionique, initialement solide, liquide ou gazeuse, qui se dissout dans un solvant.
• Solvant : Liquide qui permet la dissolution d’un soluté ; il s’agit souvent d’eau.

★ À maîtriser

📐 Formule - La concentration massique est le rapport de la masse du soluté au volume de solution : $c = \frac{m}{V}$, généralement en g/l.

📐 Formule - La concentration molaire est le rapport de la quantité de soluté en moles au volume de solution : $c(A) = [A] = \frac{n(A)}{V}$, généralement en mol/l ou en M.

Compléments

• La masse molaire relie la masse d’une substance à sa quantité de matière et s’exprime en g/mol.

📐 Formule - La concentration massique du constituant A dans un volume V de solution vaut $c(A) = \frac{m(A)}{V}$ et s’exprime généralement en g/l.

• Pour préparer 300 ml d’une solution de fluorure de magnésium à 1,20 g/l, il faut peser 0,36 g de MgF₂.

• 🔄 Pour déterminer la masse d’ions sodium, on : calcule la quantité de Na₂CO₃ dans le volume considéré, applique le rapport de deux ions Na⁺ par formule de Na₂CO₃, convertit la quantité de Na⁺ en masse avec la masse molaire du sodium

📖 5. Préparation des solutions

★ À maîtriser

📐 Formule - La quantité de matière d’un soluté vérifie $n = cV$, où c est la concentration molaire et V le volume de solution.

• La solution B contient 1,00 g d’acide malonique C₃H₄O₄ et 0,50 g de bromure de sodium NaBr dans 50 ml de H₂SO₄ à 7,5 %.

Compléments

• Pour préparer 50,0 ml d’une solution de carbonate de lithium à 0,300 mol/l, il faut 0,015 mol, soit 1,11 g de Li₂CO₃, et la concentration massique obtenue est 22,1 g/l.

• La solution A se prépare avec 2,00 g de bromate de sodium NaBrO₃ pour obtenir 20 ml à 0,663 M.

📌 La préparation de la solution B nécessite de porter des lunettes et une blouse fermée, car son solvant est une solution d’acide sulfurique à 7,5 %.

📖 6. Cycle et pollution des phosphates

★ À maîtriser

• Les sources naturelles de phosphore sont :

  • l’altération des roches
  • l’absorption par les plantes
  • la décomposition de la matière organique
  • la sédimentation marine

• Les sources anthropiques de phosphore sont :

  • l’extraction minière pour les engrais
  • le lisier et le fumier
  • l’érosion des sols agricoles
  • les eaux usées
  • les lessives
  • les déchets alimentaires

• Le phosphore utilisé dans l’agriculture provient de roches phosphatées, ressource finie sans substitut dont la demande augmente fortement.

• Un apport excessif de phosphates provoque une eutrophisation qui conduit à l’anoxie puis à la dégradation du plan d’eau.

📌 Selon le principe du facteur limitant, la croissance est limitée par l’élément le moins disponible.

Compléments

• Les conséquences de la consommation de phosphates comprennent : des prix volatils, une dépendance géopolitique, des minerais de plus en plus chargés en cadmium, une extraction énergivore

• Pour limiter directement la pollution aux phosphates, il est possible d’utiliser des lessives sans phosphate et bien dosées, d’éviter la surfertilisation et de composter.

• Pour limiter indirectement la pollution aux phosphates, il est possible de réduire le gaspillage alimentaire et la consommation de viande, de trier les biodéchets et de soutenir le recyclage.

💡 Astuce mémo

Apport excessif de phosphates → prolifération d’algues → épuisement de l’oxygène → anoxie

📖 7. Atomes, ions et formules des sels

★ À maîtriser

📌 Les atomes métalliques ont peu d’électrons sur leur couche externe, les perdent et forment des ions positifs, tandis que les atomes non métalliques ont plusieurs électrons externes, en gagnent ou les partagent et forment des ions négatifs.

📌 La formule d’un sel doit respecter une somme de charges égale à zéro.

• Pour construire la formule d’un sel, on écrit les deux ions avec leurs charges, on cherche le plus petit nombre d’ions permettant d’équilibrer les charges, on écrit la formule avec les indices nécessaires, puis on vérifie que la charge totale est nulle.

Compléments

• Les métaux conduisent la chaleur et l’électricité et sont souvent brillants et malléables, tandis que les non-métaux sont généralement non conducteurs.

• Le chlorure de magnésium a pour formule MgCl₂, car un ion Mg²⁺ est compensé par deux ions Cl⁻.

• L’oxyde d’aluminium a pour formule Al₂O₃, car deux ions Al³⁺ et trois ions O²⁻ donnent une charge totale nulle.