Concentration d’une Solution Électrolytique
Calculer la concentration molaire d'un soluté apporté et les concentrations molaires effectives des ions en solution.
Une solution électrolytique est obtenue par dissolution d'un soluté (appelé électrolyte) dans un solvant (généralement l'eau). L'électrolyte est un composé chimique qui, une fois dissous, se dissocie en ions, rendant la solution conductrice du courant électrique.
La concentration molaire \(C\) d'un soluté apporté est la quantité de matière (nombre de moles) de ce soluté dissous par litre de solution. Elle s'exprime en moles par litre (mol/L).
Où \(n_{soluté}\) est la quantité de matière du soluté en moles (mol) et \(V_{solution}\) est le volume de la solution en litres (L).
Lors de la dissolution d'un composé ionique, celui-ci se dissocie en ses ions constitutifs. L'équation de dissolution modélise cette transformation. Par exemple, pour un composé \(A_x B_y\), la dissolution s'écrit :
La concentration molaire effective d'un ion en solution, notée entre crochets (par exemple \([A^{y+}]\)), est la quantité de matière de cet ion par litre de solution. Elle dépend de la stœchiométrie de la réaction de dissolution.
Données du Problème
On dissout une masse \(m = 11.1 \text{ g}\) de chlorure de calcium (CaCl\(_2\)) solide dans de l'eau. On obtient ainsi un volume \(V_{solution} = 200 \text{ mL}\) de solution aqueuse de chlorure de calcium.
Masses molaires atomiques :
- Calcium (Ca) : \(M(Ca) = 40.1 \text{ g/mol}\)
- Chlore (Cl) : \(M(Cl) = 35.5 \text{ g/mol}\)
Questions
- Calculer la masse molaire moléculaire du chlorure de calcium (CaCl\(_2\)).
- Calculer la quantité de matière (en moles) de chlorure de calcium (\(n_{CaCl_2}\)) dissoute.
- Calculer la concentration molaire (\(C\)) en soluté apporté (chlorure de calcium) de la solution.
- Écrire l'équation de dissolution du chlorure de calcium solide dans l'eau.
- En déduire les concentrations molaires effectives des ions calcium (\([Ca^{2+}]\)) et des ions chlorure (\([Cl^-]\)) dans la solution.
Correction : Concentration d’une Solution Électrolytique
1. Calcul de la Masse Molaire du Chlorure de Calcium (CaCl\(_2\))
La masse molaire moléculaire est la somme des masses molaires atomiques des atomes constituant la molécule.
Données :
\(M(Ca) = 40.1 \text{ g/mol}\)
\(M(Cl) = 35.5 \text{ g/mol}\)
La masse molaire du chlorure de calcium est \(M(CaCl_2) = 111.1 \text{ g/mol}\).
2. Calcul de la Quantité de Matière de CaCl\(_2\) Dissoute (\(n_{CaCl_2}\))
La quantité de matière \(n\) est le rapport de la masse \(m\) sur la masse molaire \(M\).
Données :
\(m = 11.1 \text{ g}\)
\(M(CaCl_2) = 111.1 \text{ g/mol}\) (calculé à l'étape 1)
La quantité de matière de chlorure de calcium dissoute est \(n_{CaCl_2} = 0.100 \text{ mol}\).
Quiz Intermédiaire
3. Calcul de la Concentration Molaire (\(C\)) en Soluté Apporté
La concentration molaire \(C\) est le rapport de la quantité de matière \(n\) sur le volume de la solution \(V_{solution}\). Le volume doit être en litres.
Données :
\(n_{CaCl_2} = 0.100 \text{ mol}\) (calculé à l'étape 2)
\(V_{solution} = 200 \text{ mL} = 0.200 \text{ L}\)
La concentration molaire en chlorure de calcium apporté est \(C = 0.500 \text{ mol/L}\).
4. Équation de Dissolution du CaCl\(_2\) dans l'Eau
Le chlorure de calcium est un composé ionique qui se dissocie en ions calcium (Ca\(^{2+}\)) et en ions chlorure (Cl\(^-\)) lorsqu'il est dissous dans l'eau.
Cette équation indique qu'une mole de CaCl\(_2\) solide produit une mole d'ions Ca\(^{2+}\) aqueux et deux moles d'ions Cl\(^-\) aqueux.
L'équation de dissolution est : \( CaCl_2 (s) \rightarrow Ca^{2+} (aq) + 2 Cl^- (aq) \).
Quiz Intermédiaire
5. Concentrations Molaires Effectives des Ions en Solution
Les concentrations molaires effectives des ions sont déduites de la concentration molaire du soluté apporté (\(C\)) et des coefficients stœchiométriques de l'équation de dissolution.
Données :
\(C = 0.500 \text{ mol/L}\) (concentration en CaCl\(_2\) apporté)
Équation de dissolution : \( CaCl_2 (s) \rightarrow Ca^{2+} (aq) + 2 Cl^- (aq) \)
D'après l'équation de dissolution :
- Pour chaque mole de CaCl\(_2\) dissoute, il se forme 1 mole d'ions Ca\(^{2+}\). Donc :
- Pour chaque mole de CaCl\(_2\) dissoute, il se forme 2 moles d'ions Cl\(^-\). Donc :
Les concentrations molaires effectives des ions sont :
- \([Ca^{2+}] = 0.500 \text{ mol/L}\)
- \([Cl^-] = 1.00 \text{ mol/L}\)
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Glossaire des Termes Clés
Solution Électrolytique :
Solution contenant des ions mobiles, ce qui la rend conductrice de l'électricité. Elle est formée par la dissolution d'un électrolyte (solide ionique ou parfois moléculaire se dissociant) dans un solvant.
Électrolyte :
Substance qui, dissoute dans un solvant, produit une solution conductrice d'électricité grâce à la présence d'ions.
Dissociation Ionique :
Processus par lequel un composé ionique se sépare en ses ions constitutifs lorsqu'il est dissous dans un solvant (généralement l'eau).
Concentration Molaire (C) :
Quantité de matière (nombre de moles) de soluté par litre de solution. Unité : mol/L.
Concentration Molaire Effective des Ions ([X]) :
Quantité de matière (nombre de moles) d'un ion spécifique par litre de solution. Unité : mol/L.
Soluté :
Espèce chimique minoritaire qui est dissoute dans un solvant.
Solvant :
Espèce chimique majoritaire dans laquelle le soluté est dissous.
Masse Molaire (M) :
Masse d'une mole d'une substance. Unité : g/mol.
Quantité de Matière (n) :
Nombre de moles d'une substance. Unité : mol.
Questions d'Ouverture ou de Réflexion
1. Quelle est la différence entre la concentration molaire en soluté apporté et la concentration molaire effective des ions en solution ? Quand sont-elles égales pour un ion donné ?
2. Tous les composés qui se dissolvent dans l'eau forment-ils des solutions électrolytiques ? Donnez un exemple de substance qui se dissout dans l'eau sans former d'ions (solution moléculaire).
3. Comment la conductivité d'une solution électrolytique varie-t-elle en fonction de la concentration des ions ?
4. Si l'on mélange deux solutions contenant des ions différents qui peuvent réagir pour former un précipité (un solide insoluble), comment cela affecte-t-il les concentrations des ions restants en solution ?
5. Le pH d'une solution est lié à la concentration en ions H\(^+\) (ou H\(_3\)O\(^+\)). Comment la dissolution d'un acide fort (comme HCl) dans l'eau influence-t-elle la concentration de ces ions ?
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