Exercices et corrigés

Exercices Physique Chimie

Préparation d’une Solution de Nitrate

Préparation d’une Solution de Nitrate de Potassium (Niveau 3ème)

Préparation d’une Solution de Nitrate de Potassium

Comprendre la Préparation des Solutions

En chimie, une solution est un mélange homogène d'au moins deux substances. La substance présente en plus grande quantité est généralement appelée le solvant, et la ou les substances en plus petite quantité sont appelées soluté(s). La concentration d'une solution exprime la quantité de soluté dissoute dans une quantité donnée de solvant ou de solution. Il existe plusieurs façons d'exprimer la concentration, notamment la concentration massique (masse de soluté par litre de solution) et la concentration molaire (nombre de moles de soluté par litre de solution). La préparation précise de solutions de concentrations connues est une compétence fondamentale en laboratoire de chimie.

Données de l'étude : Préparation d'une Solution de Nitrate de Potassium

On souhaite préparer \(V = 250 \, \text{mL}\) d'une solution aqueuse de nitrate de potassium (KNO₃) en dissolvant une masse \(m_{\text{KNO}_3} = 5.05 \, \text{g}\) de nitrate de potassium solide dans de l'eau.

Masses molaires atomiques (arrondies pour le niveau 3ème) :

  • Potassium (K) : \(M(\text{K}) \approx 39 \, \text{g/mol}\)
  • Azote (N) : \(M(\text{N}) \approx 14 \, \text{g/mol}\)
  • Oxygène (O) : \(M(\text{O}) \approx 16 \, \text{g/mol}\)

Conversions :

  • \(1 \, \text{L} = 1000 \, \text{mL}\)
Schéma : Préparation d'une Solution par Dissolution
Solvant (eau) KNO₃ (solide) Solution finale Dissolution du soluté dans le solvant.

Le nitrate de potassium solide est dissous dans l'eau pour former une solution.

Questions à traiter

  1. Calculer la masse molaire (\(M\)) du nitrate de potassium (KNO₃).
  2. Calculer la quantité de matière (nombre de moles, \(n\)) de nitrate de potassium dissous.
  3. Convertir le volume de la solution (\(V\)) en Litres (L).
  4. Calculer la concentration molaire (\(C_m\)) de la solution de nitrate de potassium préparée.
  5. Calculer la concentration massique (\(C_t\) ou \(t\)) de la solution de nitrate de potassium préparée.

Correction : Préparation d’une Solution de Nitrate de Potassium

Question 1 : Masse molaire (\(M\)) du nitrate de potassium (KNO₃)

Principe :

La masse molaire d'un composé est la somme des masses molaires atomiques de tous les atomes qui le composent.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ M(\text{KNO}_3) = M(\text{K}) + M(\text{N}) + (3 \times M(\text{O})) \]
Données spécifiques :
  • \(M(\text{K}) \approx 39 \, \text{g/mol}\)
  • \(M(\text{N}) \approx 14 \, \text{g/mol}\)
  • \(M(\text{O}) \approx 16 \, \text{g/mol}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} M(\text{KNO}_3) &\approx (39 \, \text{g/mol}) + (14 \, \text{g/mol}) + (3 \times 16 \, \text{g/mol}) \\ &= 39 + 14 + 48 \, \text{g/mol} \\ &= 101 \, \text{g/mol} \end{aligned} \]
Résultat Question 1 : La masse molaire du nitrate de potassium (KNO₃) est d'environ \(101 \, \text{g/mol}\).

Question 2 : Quantité de matière (\(n\)) de nitrate de potassium

Principe :

La quantité de matière (nombre de moles, \(n\)) est calculée en divisant la masse (\(m\)) du soluté par sa masse molaire (\(M\)).

Formule(s) utilisée(s) :
\[ n = \frac{m}{M} \]
Données spécifiques :
  • \(m_{\text{KNO}_3} = 5.05 \, \text{g}\)
  • \(M(\text{KNO}_3) \approx 101 \, \text{g/mol}\) (de la Question 1)
Calcul :
\[ \begin{aligned} n_{\text{KNO}_3} &= \frac{5.05 \, \text{g}}{101 \, \text{g/mol}} \\ &= 0.05 \, \text{mol} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : La quantité de matière de nitrate de potassium dissous est \(n_{\text{KNO}_3} = 0.05 \, \text{mol}\).

Question 3 : Conversion du volume de la solution (\(V\)) en Litres

Principe :

Le volume est donné en millilitres (mL) et doit être converti en Litres (L) pour le calcul de la concentration molaire.

Formule(s) utilisée(s) :
\[ 1 \, \text{L} = 1000 \, \text{mL} \Rightarrow V(\text{L}) = \frac{V(\text{mL})}{1000} \]
Données spécifiques :
  • \(V = 250 \, \text{mL}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} V(\text{L}) &= \frac{250 \, \text{mL}}{1000 \, \text{mL/L}} \\ &= 0.250 \, \text{L} \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : Le volume de la solution est \(V = 0.250 \, \text{L}\).

Question 4 : Calcul de la concentration molaire (\(C_m\))

Principe :

La concentration molaire (\(C_m\)) d'une solution est le nombre de moles de soluté (\(n\)) par litre de solution (\(V\)).

Formule(s) utilisée(s) :
\[ C_m = \frac{n}{V} \]
Données spécifiques :
  • \(n_{\text{KNO}_3} = 0.05 \, \text{mol}\) (de la Question 2)
  • \(V = 0.250 \, \text{L}\) (de la Question 3)
Calcul :
\[ \begin{aligned} C_m &= \frac{0.05 \, \text{mol}}{0.250 \, \text{L}} \\ &= 0.2 \, \text{mol/L} \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : La concentration molaire de la solution de nitrate de potassium est \(C_m = 0.2 \, \text{mol/L}\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si on double le volume de solvant en gardant la même quantité de soluté, la concentration molaire :

Question 5 : Calcul de la concentration massique (\(C_t\))

Principe :

La concentration massique (\(C_t\) ou \(t\)) d'une solution est la masse de soluté (\(m\)) par litre de solution (\(V\)). Elle peut aussi être calculée à partir de la concentration molaire (\(C_m\)) et de la masse molaire du soluté (\(M\)) par la relation \(C_t = C_m \times M\).

Formule(s) utilisée(s) :
\[ C_t = \frac{m}{V} \quad \text{ou} \quad C_t = C_m \times M \]
Données spécifiques :
  • \(m_{\text{KNO}_3} = 5.05 \, \text{g}\)
  • \(V = 0.250 \, \text{L}\)
  • \(C_m = 0.2 \, \text{mol/L}\) (de la Question 4)
  • \(M(\text{KNO}_3) \approx 101 \, \text{g/mol}\) (de la Question 1)
Calcul (avec \(m\) et \(V\)) :
\[ \begin{aligned} C_t &= \frac{5.05 \, \text{g}}{0.250 \, \text{L}} \\ &= 20.2 \, \text{g/L} \end{aligned} \]

Calcul (avec \(C_m\) et \(M\)) :

\[ \begin{aligned} C_t &= (0.2 \, \text{mol/L}) \times (101 \, \text{g/mol}) \\ &= 20.2 \, \text{g/L} \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : La concentration massique de la solution de nitrate de potassium est \(C_t = 20.2 \, \text{g/L}\).

Quiz Intermédiaire 2 : Pour préparer une solution moins concentrée à partir d'une solution mère plus concentrée, on effectue une :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. Dans une solution aqueuse de sel, l'eau est :

2. La concentration molaire s'exprime en :

3. Pour calculer le nombre de moles d'un composé, on a besoin de connaître :

Glossaire

Solution
Mélange homogène résultant de la dissolution d'une ou plusieurs substances (solutés) dans une autre substance (solvant).
Soluté
Substance qui est dissoute dans un solvant pour former une solution. Elle est généralement présente en plus petite quantité.
Solvant
Substance capable de dissoudre d'autres substances (solutés) pour former une solution. Elle est généralement présente en plus grande quantité.
Dissolution
Processus par lequel un soluté se disperse de manière homogène dans un solvant.
Concentration Molaire (\(C_m\))
Quantité de matière (nombre de moles) de soluté par litre de solution. Unité : mol/L (ou M).
Concentration Massique (\(C_t\) ou \(t\))
Masse de soluté par litre de solution. Unité : g/L.
Masse Molaire (\(M\))
Masse d'une mole d'une substance (atomes, molécules, ions). Unité : g/mol.
Mole (mol)
Unité de quantité de matière du Système International, représentant \(6.022 \times 10^{23}\) entités élémentaires.
Préparation d’une Solution de Nitrate - Exercice d'Application

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