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Exercices Physique Chimie

Dissolution du Chlorure de Sodium

Dissolution du Chlorure de Sodium

Dissolution du Chlorure de Sodium

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

Le chlorure de sodium (NaCl), communément appelé sel de table, est un composé ionique solide. Lorsqu'il est dissous dans l'eau (solvant), il se dissocie en ions sodium (Na\(^+\)) et en ions chlorure (Cl\(^-\)). Cette dissociation permet à la solution de conduire le courant électrique, c'est pourquoi on parle de solution électrolytique.

La concentration molaire \(C\) d'un soluté apporté dans une solution est 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 \(m = 11.7 \text{ g}\) de chlorure de sodium (NaCl) solide dans de l'eau distillée. On complète le volume de la solution à \(V_{solution} = 200.0 \text{ mL}\) avec de l'eau distillée dans une fiole jaugée.

Masses molaires atomiques :

  • Sodium (Na) : \(M(Na) = 23.0 \text{ g/mol}\)
  • Chlore (Cl) : \(M(Cl) = 35.5 \text{ g/mol}\)
200 mL Solution de NaCl Na+ Cl- Na+ Cl- NaCl solide Dissolution du Chlorure de Sodium
Préparation d'une solution de chlorure de sodium.

Questions

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

Correction : Dissolution du Chlorure de Sodium

1. Calcul de la Masse Molaire de NaCl

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

Données :
\(M(Na) = 23.0 \text{ g/mol}\)
\(M(Cl) = 35.5 \text{ g/mol}\)

\[ \begin{aligned} M(NaCl) &= M(Na) + M(Cl) \\ &= 23.0 \text{ g/mol} + 35.5 \text{ g/mol} \\ &= 58.5 \text{ g/mol} \end{aligned} \]

La masse molaire du chlorure de sodium est \(M(NaCl) = 58.5 \text{ g/mol}\).

Quiz Intermédiaire

Question : Quelle est la masse molaire du fluorure de lithium (LiF) ? (M(Li)=6.9 g/mol, M(F)=19.0 g/mol)

2. Calcul de la Quantité de Matière de NaCl Dissoute (\(n_{NaCl}\))

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

Données :
\(m = 11.7 \text{ g}\)
\(M(NaCl) = 58.5 \text{ g/mol}\) (calculé à l'étape 1)

\[ \begin{aligned} n_{NaCl} &= \frac{m}{M(NaCl)} \\ &= \frac{11.7 \text{ g}}{58.5 \text{ g/mol}} \\ &= 0.200 \text{ mol} \end{aligned} \]

La quantité de matière de chlorure de sodium dissoute est \(n_{NaCl} = 0.200 \text{ mol}\).

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 :
\(n_{NaCl} = 0.200 \text{ mol}\) (calculé à l'étape 2)
\(V_{solution} = 0.2000 \text{ L}\) (calculé à l'étape 3)

\[ \begin{aligned} C &= \frac{n_{NaCl}}{V_{solution}} \\ &= \frac{0.200 \text{ mol}}{0.2000 \text{ L}} \\ &= 1.00 \text{ mol/L} \end{aligned} \]

La concentration molaire en chlorure de sodium apporté est \(C = 1.00 \text{ mol/L}\).

Quiz Intermédiaire

Question : Si l'on dissout 0.5 mol d'un soluté dans 250 mL de solution, quelle est la concentration molaire de la solution ?

5. Équation de Dissolution du NaCl dans l'Eau

Le chlorure de sodium est un composé ionique qui se dissocie en ions sodium (Na\(^+\)) et en ions chlorure (Cl\(^-\)) lorsqu'il est dissous dans l'eau.

\[ NaCl (s) \rightarrow Na^+ (aq) + Cl^- (aq) \]

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

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

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 :
\(C = 1.00 \text{ mol/L}\) (concentration en NaCl apporté)
Équation de dissolution : \( NaCl (s) \rightarrow Na^+ (aq) + Cl^- (aq) \)

D'après l'équation de dissolution :

  • Pour chaque mole de NaCl dissoute, il se forme 1 mole d'ions Na\(^{ +}\). Donc :
\[ \begin{aligned} [Na^+] &= 1 \times C \\ &= 1 \times 1.00 \text{ mol/L} \\ &= 1.00 \text{ mol/L} \end{aligned} \]
  • Pour chaque mole de NaCl dissoute, il se forme 1 mole d'ions Cl\(^-\). Donc :
\[ \begin{aligned} [Cl^-] &= 1 \times C \\ &= 1 \times 1.00 \text{ mol/L} \\ &= 1.00 \text{ mol/L} \end{aligned} \]

Les concentrations molaires effectives des ions sont :

  • \([Na^+] = 1.00 \text{ mol/L}\)
  • \([Cl^-] = 1.00 \text{ mol/L}\)

Quiz : Testez vos connaissances !

Question 1 : Le chlorure de sodium (sel de table) est un composé :

Question 2 : Si l'on dissout du sulfate de cuivre(II) (CuSO\(_4\)) dans l'eau, les ions formés sont :

Question 3 : Une solution de concentration molaire 0.1 mol/L signifie qu'il y a :

Question 4 : La formule de l'ion sodium est :

Glossaire des Termes Clés

Chlorure de Sodium (NaCl) :

Composé ionique solide, principal constituant du sel de table.

Dissolution :

Processus par lequel un soluté 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.

Solution Électrolytique :

Solution contenant des ions mobiles, ce qui la rend conductrice de l'électricité.

Questions d'Ouverture ou de Réflexion

1. La dissolution du chlorure de sodium dans l'eau est-elle un phénomène exothermique (qui dégage de la chaleur) ou endothermique (qui absorbe de la chaleur) ?

2. Qu'est-ce que la solubilité du chlorure de sodium ? Est-elle illimitée ?

3. Comment la présence d'ions en solution affecte-t-elle certaines propriétés physiques de l'eau, comme son point d'ébullition ou son point de congélation ?

4. Le chlorure de sodium est essentiel à la vie. Quelles sont certaines de ses fonctions biologiques ?

5. Si l'on mélange une solution de chlorure de sodium avec une solution de nitrate d'argent (AgNO\(_3\)), que se passe-t-il ? Écrire l'équation de la réaction si elle a lieu.

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