L'Eau de Javel à la Loupe : Calculs de Concentration !
L'eau de Javel, un désinfectant puissant, mais quelle est sa "force" chimique ?
L'eau de Javel est un produit ménager courant utilisé pour désinfecter et blanchir. Son efficacité dépend de sa concentration en principe actif, l'hypochlorite de sodium (\(\text{NaClO}\)). En chimie, on exprime souvent la concentration d'une solution en concentration molaire, qui indique le nombre de moles de soluté par litre de solution. Dans cet exercice, nous allons calculer la concentration molaire d'une solution d'eau de Javel et explorer ce que signifie la diluer. 🧼💧
Préparation d'une Solution d'Eau de Javel Diluée
Schéma : Préparation d'une Solution Diluée
Préparation d'une solution diluée à partir d'une solution commerciale.
Questions à traiter
- Définitions :
- Qu'est-ce qu'une solution ? Qu'est-ce qu'un soluté et un solvant ? Dans l'eau de Javel, quel est le soluté principal et quel est le solvant ?
- Qu'est-ce que la quantité de matière (en moles) ? Quelle est son unité ?
- Qu'est-ce que la concentration molaire (\(C\)) d'une solution ? Quelle est sa formule et son unité ?
- Concentration de l'eau de Javel commerciale :
- Calcule la quantité de matière (en moles) d'hypochlorite de sodium (\(\text{NaClO}\)) contenue dans \(1 \text{ L}\) d'eau de Javel commerciale. (Utilise la masse de \(\text{NaClO}\) par litre et sa masse molaire).
- Déduis-en la concentration molaire (\(C_{\text{mère}}\)) de l'eau de Javel commerciale.
- Préparation de la solution diluée :
- On veut préparer \(V_{\text{fille}} = 500 \text{ mL}\) d'une solution diluée à la concentration \(C_{\text{fille}} = 0,05 \text{ mol/L}\). Convertis d'abord \(V_{\text{fille}}\) en litres.
- Calcule la quantité de matière (en moles) de \(\text{NaClO}\) nécessaire pour préparer cette solution diluée.
- Lors d'une dilution, la quantité de matière de soluté prélevée dans la solution mère est la même que celle qui se retrouve dans la solution fille. Quel volume \(V_{\text{mère}}\) d'eau de Javel commerciale faut-il prélever pour obtenir la quantité de matière calculée en 3b ? (Utilise la concentration \(C_{\text{mère}}\) calculée en 2b). Donne le résultat en millilitres.
- Si on prélève \(20 \text{ mL}\) de l'eau de Javel commerciale et qu'on complète avec de l'eau jusqu'à obtenir \(1 \text{ L}\) de solution, quelle sera la nouvelle concentration molaire de cette solution très diluée ?
Correction : L'Eau de Javel à la Loupe !
Question 1 : Définitions
Réponse a) Solution, soluté, solvant :
Une solution est un mélange homogène obtenu lorsqu'une ou plusieurs substances (les solutés) sont dissoutes dans une autre substance (le solvant).
Le soluté est la substance qui est dissoute.
Le solvant est la substance (généralement liquide) qui dissout le soluté.
Dans l'eau de Javel, le soluté principal est l'hypochlorite de sodium (\(\text{NaClO}\)) et le solvant est l'eau (\(\text{H}_2\text{O}\)).
Réponse b) Quantité de matière :
La quantité de matière (\(n\)) représente un nombre d'entités chimiques élémentaires (atomes, molécules, ions...). Son unité dans le Système International est la mole (mol). Une mole contient environ \(6,022 \times 10^{23}\) entités (c'est le nombre d'Avogadro).
Réponse c) Concentration molaire :
La concentration molaire (\(C\)) d'une solution est la quantité de matière de soluté (\(n\)) dissoute par litre de solution (\(V\)).
Sa formule est : \(C = \frac{n}{V}\)
Son unité est la mole par litre (mol/L ou mol·L-1).
Question 2 : Concentration de l'eau de Javel commerciale
Réponse a) Quantité de matière de \(\text{NaClO}\) dans \(1 \text{ L}\) :
Masse de \(\text{NaClO}\) dans \(1 \text{ L}\) de solution : \(m = 37,25 \text{ g}\).
Masse molaire de \(\text{NaClO}\) : \(M = 74,5 \text{ g/mol}\).
La quantité de matière \(n\) est donnée par \(n = \frac{m}{M}\).
Il y a \(0,5 \text{ mol}\) d'hypochlorite de sodium dans \(1 \text{ L}\) d'eau de Javel commerciale.
Réponse b) Concentration molaire (\(C_{\text{mère}}\)) :
Puisque nous avons calculé la quantité de matière pour \(1 \text{ L}\) de solution, la concentration molaire est directement cette valeur.
La concentration molaire de l'eau de Javel commerciale est \(C_{\text{mère}} = 0,5 \text{ mol/L}\).
Question 3 : Préparation de la solution diluée
Réponse a) Conversion de \(V_{\text{fille}}\) en litres :
\(V_{\text{fille}} = 500 \text{ mL}\).
Comme \(1 \text{ L} = 1000 \text{ mL}\), alors \(500 \text{ mL} = 500 / 1000 \text{ L} = 0,5 \text{ L}\).
\(V_{\text{fille}} = 0,5 \text{ L}\).
Réponse b) Quantité de matière de \(\text{NaClO}\) nécessaire pour la solution fille :
\(C_{\text{fille}} = 0,05 \text{ mol/L}\), \(V_{\text{fille}} = 0,5 \text{ L}\).
On utilise \(n = C \times V\).
Il faut \(0,025 \text{ mol}\) de \(\text{NaClO}\) pour préparer la solution diluée.
Réponse c) Volume \(V_{\text{mère}}\) à prélever :
Lors d'une dilution, la quantité de matière de soluté prélevée de la solution mère est égale à la quantité de matière dans la solution fille : \(n_{\text{mère prélevée}} = n_{\text{fille}}\).
Donc, \(n_{\text{mère prélevée}} = 0,025 \text{ mol}\).
On utilise la concentration de la solution mère \(C_{\text{mère}} = 0,5 \text{ mol/L}\) et la formule \(V = n/C\).
Conversion en millilitres : \(0,05 \text{ L} \times 1000 \text{ mL/L} = 50 \text{ mL}\).
Il faut prélever \(50 \text{ mL}\) d'eau de Javel commerciale.
Quiz Intermédiaire 1 : La mole (mol) est une unité de :
Question 4 : Nouvelle concentration après dilution
Réponse :
Volume prélevé de la solution mère : \(V_{\text{mère prélevé}} = 20 \text{ mL} = 0,020 \text{ L}\).
Concentration de la solution mère : \(C_{\text{mère}} = 0,5 \text{ mol/L}\).
Quantité de matière prélevée :
Ce nombre de moles se retrouve dans le volume final de la solution fille, \(V'_{\text{fille}} = 1 \text{ L}\).
Nouvelle concentration \(C'_{\text{fille}}\) :
La nouvelle concentration molaire de cette solution très diluée serait de \(0,01 \text{ mol/L}\).
Quiz Intermédiaire 2 : Lors d'une dilution, la quantité de matière de soluté :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. La concentration molaire s'exprime en :
2. Si on dissout \(0,2 \text{ mol}\) de sel dans \(0,5 \text{ L}\) d'eau, la concentration molaire est :
3. Pour diluer une solution, on ajoute :
Glossaire de la Concentration
- Solution
- Mélange homogène résultant de la dissolution d'un soluté dans un solvant.
- Soluté
- Substance qui est dissoute dans un solvant. Dans l'eau de Javel, c'est l'hypochlorite de sodium (\(\text{NaClO}\)).
- Solvant
- Substance, généralement liquide, capable de dissoudre un soluté. Pour l'eau de Javel, c'est l'eau (\(\text{H}_2\text{O}\)).
- Quantité de matière (\(n\))
- Mesure du nombre d'entités chimiques (atomes, molécules, ions). Son unité est la mole (\(\text{mol}\)).
- Mole (\(\text{mol}\))
- Unité de quantité de matière. \(1 \text{ mole}\) contient environ \(6,022 \times 10^{23}\) entités.
- Masse Molaire (\(M\))
- Masse d'une mole d'une substance. Elle s'exprime en grammes par mole (\(\text{g/mol}\)).
- Concentration Molaire (\(C\))
- Quantité de matière de soluté (\(n\)) par litre de solution (\(V\)). Formule : \(C = n/V\). Unité : \(\text{mol/L}\).
- Dilution
- Processus qui consiste à diminuer la concentration d'une solution en y ajoutant du solvant (généralement de l'eau). La quantité de matière de soluté reste la même lors d'une dilution.
- Solution Mère
- Solution initiale, plus concentrée, à partir de laquelle on prépare une solution diluée.
- Solution Fille
- Solution obtenue après dilution d'une solution mère. Elle est moins concentrée.
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