Exercices et corrigés

Exercices Physique Chimie

Concentration Ionique des Sels Solubles

Concentration Ionique des Sels Solubles

Concentration Ionique des Sels Solubles

Comprendre la Dissolution et la Concentration Ionique

De nombreux composés, appelés sels ioniques, sont constitués d'ions (atomes ou groupes d'atomes chargés électriquement). Lorsqu'un sel ionique soluble est dissous dans l'eau (le solvant), ses ions se séparent et se dispersent dans la solution. Ce processus est appelé dissolution ionique ou dissociation. La solution obtenue contient alors des ions positifs (cations) et des ions négatifs (anions) en mouvement.

La concentration d'un ion en solution indique la quantité de cet ion présent dans un volume donné de solution. Elle est souvent exprimée en moles par litre (\(\text{mol/L}\)) et est appelée concentration molaire, notée avec des crochets, par exemple \([\text{Na}^+]\) pour la concentration des ions sodium.

Données de l'étude

On prépare une solution en dissolvant du chlorure de calcium (\(\text{CaCl}_2\)), un sel solide, dans de l'eau.

Informations sur la préparation et données :

  • Masse de chlorure de calcium (\(m_{\text{CaCl}_2}\)) dissoute : \(11,1 \, \text{g}\)
  • Volume final de la solution (\(V_{\text{solution}}\)) : \(200 \, \text{mL}\)
  • Masse molaire atomique du calcium (\(M(\text{Ca})\)) : \(40,0 \, \text{g/mol}\)
  • Masse molaire atomique du chlore (\(M(\text{Cl})\)) : \(35,5 \, \text{g/mol}\)
Schéma : Dissolution du Chlorure de Calcium
Ajout de CaCl₂ solide Ca²⁺ Ca²⁺ Ca²⁺ Cl⁻ Cl⁻ Cl⁻ Cl⁻ Cl⁻ Cl⁻ Solution de CaCl₂ (ions Ca²⁺ et Cl⁻)

Schéma illustrant la dissolution du chlorure de calcium dans l'eau, formant des ions calcium (\(\text{Ca}^{2+}\)) et des ions chlorure (\(\text{Cl}^-\)).

Questions à traiter

  1. Écrire l'équation de dissolution du chlorure de calcium (\(\text{CaCl}_2\)) solide dans l'eau, en indiquant les formules et les charges des ions formés.
  2. Calculer la masse molaire (\(M\)) du chlorure de calcium (\(\text{CaCl}_2\)).
  3. Calculer la quantité de matière (nombre de moles) de chlorure de calcium (\(n_{\text{CaCl}_2}\)) dissoute.
  4. Calculer la concentration molaire (\(C\)) du soluté apporté (chlorure de calcium) dans la solution.
  5. En utilisant l'équation de dissolution, déterminer la concentration molaire effective de chaque type d'ion (\([\text{Ca}^{2+}]\) et \([\text{Cl}^-]\)) dans la solution.

Correction : Concentration Ionique des Sels Solubles

Question 1 : Équation de dissolution

Principe :

Lorsqu'un composé ionique solide comme le chlorure de calcium (\(\text{CaCl}_2\)) se dissout dans l'eau, il se dissocie en ses ions constitutifs. Il faut identifier ces ions et leurs charges, puis équilibrer l'équation.

Écriture de l'équation :

Le chlorure de calcium est composé d'ions calcium (\(\text{Ca}\)) et d'ions chlorure (\(\text{Cl}\)). Le calcium est dans la deuxième colonne du tableau périodique, il forme des ions \(\text{Ca}^{2+}\). Le chlore est dans l'avant-dernière colonne, il forme des ions \(\text{Cl}^-\).

La formule \(\text{CaCl}_2\) indique qu'il y a un ion calcium pour deux ions chlorure afin d'assurer la neutralité électrique du composé solide (\( (+2) + 2 \times (-1) = 0 \)).

L'équation de dissolution s'écrit :

\[ \text{CaCl}_2 \text{(s)} \overset{\text{eau}}{\longrightarrow} \text{Ca}^{2+} \text{(aq)} + 2 \text{Cl}^- \text{(aq)} \]

Où (s) signifie solide et (aq) signifie aqueux (dissous dans l'eau).

Résultat Question 1 : L'équation de dissolution est \(\text{CaCl}_2 \text{(s)} \overset{\text{eau}}{\longrightarrow} \text{Ca}^{2+} \text{(aq)} + 2 \text{Cl}^- \text{(aq)}\).

Quiz Intermédiaire 1 : Lors de la dissolution du sel de cuisine (\(\text{NaCl}\)) dans l'eau, les ions formés sont :

Question 2 : Masse molaire du chlorure de calcium (\(M_{\text{CaCl}_2}\))

Principe :

La masse molaire d'un composé est la somme des masses molaires atomiques de tous les atomes présents dans sa formule chimique.

Formule(s) utilisée(s) :
\[M(\text{CaCl}_2) = M(\text{Ca}) + 2 \times M(\text{Cl})\]
Données spécifiques :
  • \(M(\text{Ca}) = 40,0 \, \text{g/mol}\)
  • \(M(\text{Cl}) = 35,5 \, \text{g/mol}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} M(\text{CaCl}_2) &= 40,0 \, \text{g/mol} + (2 \times 35,5 \, \text{g/mol}) \\ &= 40,0 \, \text{g/mol} + 71,0 \, \text{g/mol} \\ &= 111,0 \, \text{g/mol} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : La masse molaire du chlorure de calcium est \(M(\text{CaCl}_2) = 111,0 \, \text{g/mol}\).

Quiz Intermédiaire 2 : Quelle est la masse molaire de l'eau (\(\text{H}_2\text{O}\)) ? (Données: M(H)=1 g/mol, M(O)=16 g/mol)

Question 3 : Quantité de matière de \(\text{CaCl}_2\) (\(n_{\text{CaCl}_2}\))

Principe :

La quantité de matière (\(n\), en moles) d'un échantillon est égale à sa masse (\(m\)) divisée par sa masse molaire (\(M\)).

Formule(s) utilisée(s) :
\[n = \frac{m}{M}\]
Données spécifiques :
  • Masse de \(\text{CaCl}_2\) (\(m_{\text{CaCl}_2}\)) : \(11,1 \, \text{g}\)
  • Masse molaire de \(\text{CaCl}_2\) (\(M_{\text{CaCl}_2}\)) : \(111,0 \, \text{g/mol}\) (calculée à la question 2)
Calcul :
\[ \begin{aligned} n_{\text{CaCl}_2} &= \frac{11,1 \, \text{g}}{111,0 \, \text{g/mol}} \\ &= 0,1 \, \text{mol} \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : La quantité de matière de chlorure de calcium dissoute est \(n_{\text{CaCl}_2} = 0,1 \, \text{mol}\).

Quiz Intermédiaire 3 : Combien de moles y a-t-il dans 36 g d'eau (\(M(\text{H}_2\text{O}) = 18 \, \text{g/mol}\)) ?

Question 4 : Concentration molaire (\(C\)) du \(\text{CaCl}_2\)

Principe :

La concentration molaire (\(C\)) d'un soluté dans une solution est la quantité de matière de ce soluté (\(n\)) divisée par le volume total de la solution (\(V_{\text{solution}}\)). Elle s'exprime en moles par litre (\(\text{mol/L}\)).

Formule(s) utilisée(s) :
\[C = \frac{n}{V_{\text{solution}}}\]

(Avec \(n\) en moles et \(V_{\text{solution}}\) en litres)

Données spécifiques :
  • Quantité de matière de \(\text{CaCl}_2\) (\(n_{\text{CaCl}_2}\)) : \(0,1 \, \text{mol}\) (calculée à la question 3)
  • Volume de la solution (\(V_{\text{solution}}\)) : \(200 \, \text{mL}\)

Conversion du volume de la solution en Litres :

\[ \begin{aligned} V_{\text{solution, L}} &= \frac{200 \, \text{mL}}{1000 \, \text{mL/L}} \\ &= 0,2 \, \text{L} \end{aligned} \]
Calcul :
\[ \begin{aligned} C_{\text{CaCl}_2} &= \frac{0,1 \, \text{mol}}{0,2 \, \text{L}} \\ &= 0,5 \, \text{mol/L} \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : La concentration molaire du chlorure de calcium dans la solution est \(C_{\text{CaCl}_2} = 0,5 \, \text{mol/L}\).

Quiz Q4 : Si on dissout 0,2 mol de sucre dans 0,5 L d'eau, la concentration molaire du sucre est :

Question 5 : Concentrations molaires des ions \([\text{Ca}^{2+}]\) et \([\text{Cl}^-]\)

Principe :

L'équation de dissolution nous indique la proportion (stœchiométrie) des ions produits par rapport au soluté dissous. Si 1 mole de \(\text{CaCl}_2\) produit 1 mole d'ions \(\text{Ca}^{2+}\) et 2 moles d'ions \(\text{Cl}^-\), alors la concentration de chaque ion sera proportionnelle à la concentration du \(\text{CaCl}_2\) dissous.

Équation de dissolution (rappel) :
\[ \text{CaCl}_2 \text{(s)} \overset{\text{eau}}{\longrightarrow} \text{Ca}^{2+} \text{(aq)} + 2 \text{Cl}^- \text{(aq)} \]
Données spécifiques :
  • Concentration molaire du \(\text{CaCl}_2\) (\(C_{\text{CaCl}_2}\)) : \(0,5 \, \text{mol/L}\) (calculée à la question 4)
Calcul des concentrations ioniques :

D'après l'équation de dissolution :

  • 1 mole de \(\text{CaCl}_2\) produit 1 mole d'ions \(\text{Ca}^{2+}\). Donc :
\[ \begin{aligned} [\text{Ca}^{2+}] &= 1 \times C_{\text{CaCl}_2} \\ &= 1 \times 0,5 \, \text{mol/L} \\ &= 0,5 \, \text{mol/L} \end{aligned} \]
  • 1 mole de \(\text{CaCl}_2\) produit 2 moles d'ions \(\text{Cl}^-\). Donc :
\[ \begin{aligned} [\text{Cl}^-] &= 2 \times C_{\text{CaCl}_2} \\ &= 2 \times 0,5 \, \text{mol/L} \\ &= 1,0 \, \text{mol/L} \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : Les concentrations molaires effectives des ions en solution sont :
  • \([\text{Ca}^{2+}] = 0,5 \, \text{mol/L}\)
  • \([\text{Cl}^-] = 1,0 \, \text{mol/L}\)

Quiz Q5 : Si on dissout du sulfate de sodium (\(\text{Na}_2\text{SO}_4\)) qui se dissocie en \(2\text{Na}^+\) et \(1\text{SO}_4^{2-}\), et que la concentration de \(\text{Na}_2\text{SO}_4\) est de \(0,1 \, \text{mol/L}\), quelle est la concentration des ions \(\text{Na}^+\) ?

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

6. L'équation \(\text{KBr (s)} \overset{\text{eau}}{\longrightarrow} \text{K}^+ \text{(aq)} + \text{Br}^- \text{(aq)}\) représente une :

7. Si la concentration molaire d'un soluté \(\text{XY}_2\) est \(C\), et qu'il se dissocie en \(\text{X}^{2+}\) et \(2\text{Y}^-\), la concentration de \(\text{X}^{2+}\) est :

8. L'unité de la concentration molaire est :

Glossaire

Solution Ionique
Solution contenant des ions dissous. Ces solutions conduisent le courant électrique.
Sel Ionique
Composé chimique constitué d'un assemblage régulier de cations et d'anions, maintenus ensemble par des liaisons ioniques.
Dissolution Ionique (ou Dissociation)
Processus par lequel un composé ionique solide se sépare en ses ions constitutifs lorsqu'il est mis en solution dans un solvant (généralement l'eau).
Ion
Atome ou groupe d'atomes ayant une charge électrique nette due à la perte ou au gain d'un ou plusieurs électrons.
Cation
Ion chargé positivement (ex: \(\text{Ca}^{2+}\), \(\text{Na}^+\)).
Anion
Ion chargé négativement (ex: \(\text{Cl}^-\), \(\text{SO}_4^{2-}\)).
Concentration Molaire (\(C\))
Quantité de matière (nombre de moles) d'un soluté par litre de solution. Unité : \(\text{mol/L}\) (ou M).
Concentration Molaire Effective d'un Ion ([\(X\)])
Concentration molaire d'une espèce ionique spécifique présente en solution. Par exemple, \([\text{Ca}^{2+}]\) est la concentration molaire des ions calcium.
Masse Molaire (\(M\))
Masse d'une mole d'une substance (atomes, molécules, ions). Unité : \(\text{g/mol}\).
Quantité de Matière (\(n\))
Nombre de moles d'une substance. Unité : mole (mol).
Concentration Ionique des Sels Solubles - Exercice d'Application (Chimie 3ème)

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