Fiche de révision : Solutions aqueuses et concentrations

📋 Plan du Cours

1. Solutions et dissolution ionique
2. Concentration en masse
3. Masse volumique et concentration
4. Préparation et solubilité
5. Dilution et conservation du soluté
6. Déterminer une concentration inconnue

📖 1. Solutions et dissolution ionique

🔑 Notions clés & Définitions

• Solution : Mélange homogène dans lequel un soluté est dispersé dans un solvant et dont les constituants ne se séparent pas spontanément.
• Solution aqueuse : Solution dont le solvant est l’eau ; une espèce dissoute dans l’eau porte l’indice (aq).

★ À maîtriser

📌 Une solution est limpide et homogène, tandis qu’une suspension est hétérogène, trouble et contient des particules visibles qui peuvent se déposer.

• La dissolution d’un solide ionique dans l’eau comprend la dissociation des ions du cristal, leur hydratation par les molécules d’eau, puis leur dispersion dans toute la solution.

Compléments

📐 Formule - La dissolution du fluorure de sodium s’écrit $\mathrm{NaF_{(s)} \rightarrow Na^+_{(aq)} + F^-_{(aq)}}$.

• Lorsqu’un soluté moléculaire comme le glucose ou l’éthanol se dissout, ses molécules se dispersent telles quelles sans former d’ions.

💡 Astuce mémo

Dissociation → hydratation → dispersion

📖 2. Concentration en masse

🔑 Notions clés & Définitions

• Concentration en masse : Masse de soluté dissous par litre de solution.

★ À maîtriser

📐 Formule - La concentration en masse vérifie $C_m = \frac{m}{V}$, où m est la masse de soluté en grammes et V le volume de solution en litres ; Cm s’exprime en g/L.

• Pour obtenir une concentration en g/L avec la relation Cm = m/V, le volume doit être exprimé en litres et correspond au volume total de la solution.

Compléments

📐 Formule - La masse de soluté se calcule par $m = C_m \times V$ et le volume de solution par $V = \frac{m}{C_m}$.

• Les équivalences données sont 1 g/L = 1 mg/mL = 1000 mg/L et, pour une solution aqueuse diluée, environ 1 ppm = 1 mg/L.

• Un bain de bouche contenant 0,125 g de NaF dans 250 mL de solution a une concentration en masse de 0,50 g/L, soit 0,05 %.

📖 3. Masse volumique et concentration

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse volumique : Masse de toute une solution, ou de tout un matériau, par unité de volume.

★ À maîtriser

📐 Formule - La masse volumique d’une solution vérifie $\rho = \frac{m_{\mathrm{solution}}}{V_{\mathrm{solution}}}$, tandis que sa concentration en masse vérifie $C_m = \frac{m_{\mathrm{soluté}}}{V_{\mathrm{solution}}}$.

• Pour une même solution et dans les mêmes unités, Cm est toujours inférieur à ρ puisque le soluté ne constitue qu’une partie de la masse totale de la solution.

Compléments

📌 La masse volumique indique si un volume donné est lourd ou léger, tandis que la concentration en masse indique si une solution est plus ou moins chargée en soluté.

• La masse volumique de l’eau pure vaut 1,00 g/mL, soit 1000 g/L ou 1,00 kg/L.

💡 Astuce mémo

ρ pèse toute la solution ; Cm ne compte que le soluté

📖 4. Préparation et solubilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Dissolution : Opération consistant à dissoudre une masse précise de soluté dans un solvant afin d’obtenir un volume précis de solution de concentration connue.
• Solubilité : Concentration maximale de soluté que le solvant peut dissoudre ; elle dépend du soluté, du solvant et de la température.

★ À maîtriser

• Pour préparer une solution par dissolution, on calcule la masse à peser, on pèse le soluté, on le transfère dans une fiole jaugée, on le dissout dans de l’eau distillée, on complète au trait de jauge, puis on bouche et on homogénéise.

Compléments

• Lors d’une préparation en fiole jaugée, le volume demandé est celui de la solution finale et non celui de l’eau versée ; le bas du ménisque doit être tangent au trait de jauge, l’œil placé à sa hauteur.

• La préparation d’une solution exige une blouse, des gants et des lunettes ; le fluorure de sodium solide est toxique s’il est avalé, l’hypochlorite concentré est corrosif et il ne faut jamais pipeter à la bouche.

📌 Une solution non saturée vérifie Cm < solubilité, tandis qu’une solution saturée a atteint la limite avec Cm = solubilité et peut laisser un excès de solide au fond.

• Dans l’eau vers 20 °C, la solubilité du chlorure de sodium est d’environ 358 g/L et celle du fluorure de sodium d’environ 40 g/L.

• Dissoudre 15 g de NaF dans 250 mL donnerait Cm = 60 g/L, supérieure à la solubilité d’environ 40 g/L ; la solution serait saturée et une partie du solide resterait au fond.

• Pour dissoudre au maximum du fluorure de sodium dans 250 mL d’eau à une solubilité de 40 g/L, la masse maximale est de 10 g.

💡 Astuce mémo

Solubilité dépassée → solide au fond

📖 5. Dilution et conservation du soluté

🔑 Notions clés & Définitions

• Dilution : Opération qui consiste à ajouter du solvant à une solution pour obtenir une solution fille moins concentrée que la solution mère.

★ À maîtriser

• Pour réaliser une dilution, on prélève la solution mère à la pipette jaugée munie d’une propipette, on la verse dans une fiole jaugée, on ajoute de l’eau distillée jusqu’aux deux tiers en agitant, puis on complète au trait, on bouche et on agite.

📌 Lors d’une dilution, la concentration diminue et le volume final est supérieur au volume prélevé, mais la masse de soluté se conserve car seul du solvant est ajouté.

📐 Formule - La conservation de la masse de soluté pendant une dilution s’écrit $C_{\mathrm{mère}}V_{\mathrm{mère}}=C_{\mathrm{fille}}V_{\mathrm{fille}}$.

Compléments

📐 Formule - Le facteur de dilution vérifie $F=\frac{C_{\mathrm{mère}}}{C_{\mathrm{fille}}}=\frac{V_{\mathrm{fille}}}{V_{\mathrm{mère}}}$.

• Une dilution au 1/10 correspond à un facteur de dilution égal à 10.

• Pour obtenir des solutions très diluées, on peut enchaîner des dilutions successives ; trois dilutions de facteur 10 transforment une solution à 100 g/L en une solution à 0,1 g/L, avec un facteur total de 1000.

📌 Le volume final est celui de la fiole jaugée, tandis que le volume prélevé est celui de la solution mère mesuré à la pipette ; le volume d’eau ajouté n’est pas le volume final.

💡 Astuce mémo

La mère est concentrée, la fille est diluée

📖 6. Déterminer une concentration inconnue

🔑 Notions clés & Définitions

• Solution étalon : Solution de concentration connue utilisée pour déterminer la concentration d’une solution inconnue par comparaison.

★ À maîtriser

📌 L’échelle de teintes est simple, rapide et demande peu de matériel, mais fournit seulement un encadrement subjectif et s’applique aux solutions colorées ; la courbe d’étalonnage permet d’obtenir une valeur par lecture ou calcul.

• 🔄 La méthode de la courbe d’étalonnage suit ces étapes :
  1. Mesurer une grandeur physique pour plusieurs solutions étalons.
  2. Tracer cette grandeur en fonction de la concentration.
  3. Mesurer la grandeur de la solution inconnue.
  4. Lire la concentration correspondante sur la courbe.

Compléments

• Pour déterminer une concentration par échelle de teintes, on compare la couleur de la solution inconnue à celles de solutions étalons placées dans des tubes identiques sous le même éclairage.

• Si la teinte d’une solution inconnue se situe entre celles des étalons à 4 mg/L et 6 mg/L, sa concentration est comprise entre 4 mg/L et 6 mg/L.

📐 Formule - Pour la courbe d’étalonnage de l’eau salée, la masse volumique et la concentration vérifient $\rho=2{,}5\times10^{-4}C+1{,}000$, avec $\rho$ en g/mL et $C$ en g/L.

📌 La courbe d’étalonnage de l’eau salée n’est valable que pour les concentrations comprises entre 0 et 100 g/L ; au-delà, il faut diluer la solution, mesurer sa concentration, puis multiplier le résultat par le facteur de dilution.

📐 Formule - La loi de Beer-Lambert exprime la proportionnalité entre l’absorbance et la concentration par $A=kC$.

💡 Astuce mémo

Teintes : encadrement ; courbe : valeur

📊 Tableaux de synthèse

Méthodes de détermination d’une concentration