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Exercices Physique Chimie

Dissolution de l’Hydrogénocarbonate de Sodium

Dissolution de l’Hydrogénocarbonate de Sodium

Dissolution de l’Hydrogénocarbonate de Sodium

Calculer la concentration molaire d'un soluté et des ions en solution après dissolution.

L'hydrogénocarbonate de sodium, aussi connu sous le nom de bicarbonate de soude, est un composé ionique solide de formule NaHCO\(_3\). Lorsqu'il est dissous dans l'eau, il se dissocie en ions sodium (Na\(^+\)) et en ions hydrogénocarbonate (HCO\(_3^-\)).

La concentration molaire \(C\) d'un soluté apporté dans une solution est définie comme la quantité de matière de ce soluté (\(n\)) par unité de volume de solution (\(V\)) :

\[ C = \frac{n}{V} \]

La quantité de matière \(n\) (en moles) est calculée à partir de la masse \(m\) du soluté et de sa masse molaire \(M\) :

\[ n = \frac{m}{M} \]

Les concentrations molaires effectives des ions en solution sont notées entre crochets, par exemple \([Na^+]\).

Données du Problème

On dissout une masse \(m = 4.20 \text{ g}\) d'hydrogénocarbonate de sodium (NaHCO\(_3\)) solide dans de l'eau distillée. On ajuste ensuite le volume de la solution à \(V_{solution} = 200.0 \text{ mL}\) à l'aide d'une fiole jaugée.

Masses molaires atomiques :

  • Sodium (Na) : \(M(Na) = 23.0 \text{ g/mol}\)
  • Hydrogène (H) : \(M(H) = 1.0 \text{ g/mol}\)
  • Carbone (C) : \(M(C) = 12.0 \text{ g/mol}\)
  • Oxygène (O) : \(M(O) = 16.0 \text{ g/mol}\)
200 mL Solution de NaHCO3 Na+ HCO3- Na+ HCO3- NaHCO3 solide Dissolution de NaHCO3
Préparation d'une solution d'hydrogénocarbonate de sodium.

Questions

  1. Calculer la masse molaire moléculaire de l'hydrogénocarbonate de sodium (NaHCO\(_3\)).
  2. Calculer la quantité de matière (en moles) d'hydrogénocarbonate de sodium (\(n_{NaHCO_3}\)) dissoute.
  3. Convertir le volume de la solution en litres.
  4. Calculer la concentration molaire (\(C\)) en soluté apporté (hydrogénocarbonate de sodium) de la solution préparée.
  5. Écrire l'équation de dissolution de l'hydrogénocarbonate de sodium solide dans l'eau.
  6. En déduire les concentrations molaires effectives des ions sodium (Na\(^+\)) et des ions hydrogénocarbonate (HCO\(_3^-\)) dans la solution.

Correction : Dissolution de l’Hydrogénocarbonate de Sodium

1. Calcul de la Masse Molaire de NaHCO\(_3\)

La masse molaire moléculaire est la somme des masses molaires atomiques des atomes constituant la molécule.

Données :
\(M(Na) = 23.0 \text{ g/mol}\)
\(M(H) = 1.0 \text{ g/mol}\)
\(M(C) = 12.0 \text{ g/mol}\)
\(M(O) = 16.0 \text{ g/mol}\)

\[ \begin{aligned} M(NaHCO_3) &= M(Na) + M(H) + M(C) + 3 \times M(O) \\ &= 23.0 + 1.0 + 12.0 + 3 \times 16.0 \\ &= 23.0 + 1.0 + 12.0 + 48.0 \\ &= 84.0 \text{ g/mol} \end{aligned} \]

La masse molaire de l'hydrogénocarbonate de sodium est \(M(NaHCO_3) = 84.0 \text{ g/mol}\).

Quiz Intermédiaire

Question : Quelle est la masse molaire de l'eau H\(_2\)O ? (M(H)=1 g/mol, M(O)=16 g/mol)

2. Calcul de la Quantité de Matière de NaHCO\(_3\) Dissoute (\(n_{NaHCO_3}\))

La quantité de matière \(n\) est le rapport de la masse \(m\) sur la masse molaire \(M\).

Données :
\(m = 4.20 \text{ g}\)
\(M(NaHCO_3) = 84.0 \text{ g/mol}\) (calculé à l'étape 1)

\[ \begin{aligned} n_{NaHCO_3} &= \frac{m}{M(NaHCO_3)} \\ &= \frac{4.20 \text{ g}}{84.0 \text{ g/mol}} \\ &= 0.0500 \text{ mol} \end{aligned} \]

La quantité de matière d'hydrogénocarbonate de sodium dissoute est \(n_{NaHCO_3} = 0.0500 \text{ mol}\).

3. Conversion du Volume de la Solution en Litres

Il faut convertir les millilitres (mL) en litres (L) sachant que \(1 \text{ L} = 1000 \text{ mL}\).

Données :
\(V_{solution} = 200.0 \text{ mL}\)

\[ \begin{aligned} V_{solution} &= 200.0 \text{ mL} \\ &= 200.0 \times 10^{-3} \text{ L} \\ &= 0.2000 \text{ L} \end{aligned} \]

Le volume de la solution est \(V_{solution} = 0.2000 \text{ L}\).

4. 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 \(V_{solution}\).

Données :
\(n_{NaHCO_3} = 0.0500 \text{ mol}\) (calculé à l'étape 2)
\(V_{solution} = 0.2000 \text{ L}\) (calculé à l'étape 3)

\[ \begin{aligned} C &= \frac{n_{NaHCO_3}}{V_{solution}} \\ &= \frac{0.0500 \text{ mol}}{0.2000 \text{ L}} \\ &= 0.250 \text{ mol/L} \end{aligned} \]

La concentration molaire en hydrogénocarbonate de sodium apporté est \(C = 0.250 \text{ mol/L}\).

Quiz Intermédiaire

Question : Si l'on dissout 0.1 mol d'un soluté dans 500 mL de solution, quelle est la concentration molaire de la solution ?

5. Équation de Dissolution du NaHCO\(_3\) dans l'Eau

L'hydrogénocarbonate de sodium est un composé ionique qui se dissocie en ions sodium (Na\(^+\)) et en ions hydrogénocarbonate (HCO\(_3^-\)) lorsqu'il est dissous dans l'eau.

\[ NaHCO_3 (s) \rightarrow Na^+ (aq) + HCO_3^- (aq) \]

Cette équation indique qu'une mole de NaHCO\(_3\) solide produit une mole d'ions Na\(^+\) aqueux et une mole d'ions HCO\(_3^-\) aqueux.

L'équation de dissolution est : \( NaHCO_3 (s) \rightarrow Na^+ (aq) + HCO_3^- (aq) \).

6. 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 :
\(C = 0.250 \text{ mol/L}\) (concentration en NaHCO\(_3\) apporté)
Équation de dissolution : \( NaHCO_3 (s) \rightarrow Na^+ (aq) + HCO_3^- (aq) \)

D'après l'équation de dissolution :

  • Pour chaque mole de NaHCO\(_3\) dissoute, il se forme 1 mole d'ions Na\(^{ +}\). Donc :
\[ \begin{aligned} [Na^+] &= 1 \times C \\ &= 1 \times 0.250 \text{ mol/L} \\ &= 0.250 \text{ mol/L} \end{aligned} \]
  • Pour chaque mole de NaHCO\(_3\) dissoute, il se forme 1 mole d'ions HCO\(_3^-\). Donc :
\[ \begin{aligned} [HCO_3^-] &= 1 \times C \\ &= 1 \times 0.250 \text{ mol/L} \\ &= 0.250 \text{ mol/L} \end{aligned} \]

Les concentrations molaires effectives des ions sont :

  • \([Na^+] = 0.250 \text{ mol/L}\)
  • \([HCO_3^-] = 0.250 \text{ mol/L}\)

Quiz : Testez vos connaissances !

Question 1 : L'hydrogénocarbonate de sodium est un composé :

Question 2 : Lors de la dissolution de Mg(NO\(_3\))\(_2\)(s) \(\rightarrow\) Mg\(^{2+}\)(aq) + 2NO\(_3^-\)(aq), si la concentration en soluté apporté Mg(NO\(_3\))\(_2\) est \(C\), alors la concentration en ions nitrate \([NO_3^-]\) est :

Question 3 : Pour préparer 1.0 L d'une solution de NaCl à 0.5 mol/L (M(NaCl) = 58.5 g/mol), quelle masse de NaCl faut-il peser ?

Question 4 : L'ion hydrogénocarbonate a pour formule :

Glossaire des Termes Clés

Hydrogénocarbonate de Sodium (NaHCO\(_3\)) :

Composé ionique solide, aussi appelé bicarbonate de soude ou bicarbonate de sodium.

Dissolution :

Processus par lequel un soluté (solide, liquide ou gaz) se disperse de manière homogène dans un solvant pour former une solution.

Dissociation Ionique :

Processus par lequel un composé ionique se sépare en ses ions constitutifs lorsqu'il est dissous dans un solvant polaire comme 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.

Masse Molaire (M) :

Masse d'une mole d'une substance (atomes, molécules, ions). Unité : g/mol.

Quantité de Matière (n) :

Nombre d'entités élémentaires (exprimé en moles) présentes dans un échantillon. Unité : mol.

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. L'hydrogénocarbonate de sodium est souvent utilisé en cuisine comme poudre à lever. Quel gaz est produit lors de sa décomposition thermique qui permet de faire gonfler les pâtisseries ?

2. L'ion hydrogénocarbonate (HCO\(_3^-\)) est un ampholyte (ou espèce amphotère). Qu'est-ce que cela signifie ? Écrire les équations des réactions correspondantes avec l'eau.

3. Comment la solubilité de l'hydrogénocarbonate de sodium dans l'eau varie-t-elle avec la température ?

4. Si l'on dissout de l'hydrogénocarbonate de sodium dans une solution déjà acide, quelle réaction acido-basique peut se produire ?

5. L'hydrogénocarbonate de sodium est utilisé pour neutraliser les déversements d'acides. Expliquez pourquoi il est efficace pour cette application.

Dissolution de l’Hydrogénocarbonate de Sodium

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