Calcul de la Concentration d'une Solution de Nitrate de Potassium
Comprendre et calculer la concentration massique d'une solution préparée par dissolution.
En chimie, une solution est un mélange homogène obtenu en dissolvant une ou plusieurs substances (les solutés) dans une autre substance (le solvant). La concentration d'une solution exprime la quantité de soluté présente dans une quantité donnée de solution (ou de solvant).
La concentration massique (\(C_m\), aussi parfois notée \(t\)) d'un soluté dans une solution est la masse de soluté (\(m_{soluté}\)) dissoute par unité de volume de solution (\(V_{solution}\)). Elle est donnée par la formule :
Où :
- \(C_m\) est la concentration massique, typiquement en grammes par litre (g/L).
- \(m_{soluté}\) est la masse du soluté en grammes (g).
- \(V_{solution}\) est le volume total de la solution en litres (L).
Il est important d'utiliser des unités cohérentes pour la masse et le volume afin d'obtenir la concentration dans l'unité souhaitée.
Données du Problème
On souhaite préparer une solution aqueuse de nitrate de potassium (\(KNO_3\)). Pour cela, on dissout une masse de nitrate de potassium dans de l'eau distillée.
- Masse de nitrate de potassium (soluté) : \(m_{KNO_3} = 12.5 \text{ g}\)
- Volume final de la solution préparée : \(V_{solution} = 250 \text{ mL}\)
Questions
- Le volume de la solution est donné en millilitres (mL). Convertir ce volume en litres (L).
- Rappeler la formule littérale permettant de calculer la concentration massique \(C_m\) d'un soluté.
- Calculer la concentration massique \(C_m\) de la solution de nitrate de potassium préparée, en g/L.
- On souhaite prélever un volume \(V_{preleve}\) de cette solution tel qu'il contienne \(m_{preleve} = 2.5 \text{ g}\) de nitrate de potassium. Calculer le volume \(V_{preleve}\) nécessaire en mL.
- Si on ajoute \(100 \text{ mL}\) d'eau pure à \(50 \text{ mL}\) de la solution initiale, quelle sera la nouvelle concentration massique de la solution diluée ?
Correction : Calcul de la Concentration d'une Solution
1. Conversion du Volume de la Solution en Litres
On sait que 1 Litre (L) = 1000 millilitres (mL). Pour convertir des mL en L, il faut diviser par 1000.
Donnée : \(V_{solution} = 250 \text{ mL}\).
Le volume de la solution est \(V_{solution} = 0.250 \text{ L}\).
2. Formule de la Concentration Massique
La concentration massique \(C_m\) est la masse de soluté \(m_{soluté}\) divisée par le volume de la solution \(V_{solution}\).
La formule de la concentration massique est \(C_m = \frac{m_{soluté}}{V_{solution}}\).
Quiz Intermédiaire
3. Calcul de la Concentration Massique \(C_m\)
On applique la formule avec les données du problème.
Données : \(m_{KNO_3} = 12.5 \text{ g}\), \(V_{solution} = 0.250 \text{ L}\).
La concentration massique de la solution de nitrate de potassium est \(C_m = 50 \text{ g/L}\).
4. Calcul du Volume à Prélever \(V_{preleve}\)
On utilise la concentration massique calculée. On sait que \(C_m = m_{preleve} / V_{preleve}\), donc \(V_{preleve} = m_{preleve} / C_m\).
Données : \(m_{preleve} = 2.5 \text{ g}\), \(C_m = 50 \text{ g/L}\).
Conversion en millilitres :
Le volume à prélever est \(V_{preleve} = 50 \text{ mL}\).
Quiz Intermédiaire
5. Nouvelle Concentration Après Dilution
Lors d'une dilution, la masse de soluté ne change pas, mais le volume total de la solution augmente. On prélève \(50 \text{ mL}\) de la solution initiale. Calculons la masse de soluté dans ce prélèvement.
Volume prélevé de la solution initiale : \(V_{initial} = 50 \text{ mL} = 0.050 \text{ L}\).
Concentration de la solution initiale : \(C_{m,initial} = 50 \text{ g/L}\).
Masse de soluté dans le prélèvement :
On ajoute \(100 \text{ mL}\) d'eau pure. Le nouveau volume total de la solution (\(V_{final}\)) est :
La nouvelle concentration massique (\(C_{m,final}\)) est :
La nouvelle concentration massique de la solution diluée est d'environ \(16.67 \text{ g/L}\).
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Glossaire des Termes Clés
Solution :
Mélange homogène résultant de la dissolution d'un ou plusieurs solutés dans un solvant.
Soluté :
Substance qui est dissoute dans un solvant pour former une solution. Dans cet exercice, le nitrate de potassium.
Solvant :
Substance qui dissout le soluté pour former une solution. Dans cet exercice, l'eau distillée.
Concentration Massique (\(C_m\)) :
Rapport de la masse de soluté dissous au volume total de la solution. S'exprime souvent en grammes par litre (g/L).
Dissolution :
Processus par lequel un soluté se disperse de manière homogène dans un solvant.
Dilution :
Opération consistant à ajouter du solvant à une solution afin de diminuer sa concentration.
Fiole Jaugée :
Instrument de verrerie de laboratoire utilisé pour préparer des solutions de concentration précise. Elle possède un trait de jauge indiquant un volume exact.
Questions d'Ouverture ou de Réflexion
1. Décrivez les étapes précises pour préparer 100 mL d'une solution de sulfate de cuivre de concentration massique 20 g/L en laboratoire, en utilisant une fiole jaugée.
2. Quelle est la différence entre la concentration massique et la concentration molaire ? Quand est-il plus pertinent d'utiliser l'une plutôt que l'autre ?
3. Si vous mélangez 50 mL d'une solution A de concentration \(C_{mA}\) avec 100 mL d'une solution B du même soluté de concentration \(C_{mB}\), comment pourriez-vous calculer la concentration massique du mélange (en supposant que les volumes s'additionnent) ?
4. La solubilité du nitrate de potassium dans l'eau à 20°C est d'environ 316 g/L. Que signifie cette valeur ? Que se passerait-il si on tentait de dissoudre 400 g de KNO3 dans 1 L d'eau à 20°C ?
5. Recherchez des exemples de concentrations exprimées dans la vie courante (produits ménagers, boissons, médicaments, etc.). Quelles unités sont généralement utilisées ?
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