Préparation d’une Solution Mère

La masse molaire d'un composé est la somme des masses molaires atomiques de tous les atomes présents dans sa formule chimique. Pour KMnO\(_4\), nous avons 1 atome de K, 1 atome de Mn, et 4 atomes de O.

Données : \(M(K) = 39.1 \text{ g/mol}\), \(M(Mn) = 54.9 \text{ g/mol}\), \(M(O) = 16.0 \text{ g/mol}\).

La quantité de matière \(n\) est liée à la concentration molaire \(C\) et au volume \(V\) par la relation \(C = \frac{n}{V}\), donc \(n = C \times V\). Il est important que les unités soient cohérentes. La concentration est en mol/L, donc le volume doit être converti en Litres (L).

Données : \(C_{mère} = 0.0200 \text{ mol/L}\), \(V_{mère} = 100.0 \text{ mL}\).

Conversion du volume :

Calcul de la quantité de matière :

La masse \(m\) d'un soluté est liée à sa quantité de matière \(n\) et à sa masse molaire \(M\) par la relation \(n = \frac{m}{M}\), donc \(m = n \times M\).

Données : \(n_{mère} = 0.00200 \text{ mol}\), \(M(KMnO_4) = 158.0 \text{ g/mol}\).

La préparation d'une solution par dissolution d'un solide nécessite l'utilisation de verrerie de précision et des gestes techniques appropriés pour assurer l'exactitude de la concentration finale.

Le protocole est le suivant :

1. Pesée : Sur une balance de précision, tarer une coupelle de pesée (ou un verre de montre). Peser avec précision la masse calculée de KMnO\(_4\) solide (\(0.316 \text{ g}\)) à l'aide d'une spatule.
2. Dissolution initiale : Introduire le solide pesé dans un bécher propre. Ajouter une petite quantité d'eau distillée (par exemple, environ 50 mL pour une fiole de 100 mL) et agiter avec une baguette de verre jusqu'à dissolution complète du solide.
3. Transvasement quantitatif : Transvaser la solution obtenue dans une fiole jaugée de \(100.0 \text{ mL}\) à l'aide d'un entonnoir. Rincer plusieurs fois le bécher, la coupelle de pesée (si utilisée pour le transfert) et la baguette de verre avec de petites portions d'eau distillée, en versant les eaux de rinçage dans la fiole jaugée. Ceci assure que tout le soluté pesé est transféré.
4. Ajustement au trait de jauge : Ajouter de l'eau distillée dans la fiole jaugée jusqu'à ce que le bas du ménisque coïncide avec le trait de jauge. Pour la fin de l'ajustement, utiliser une pissette ou une pipette Pasteur pour plus de précision. L'œil doit être au niveau du trait de jauge pour éviter les erreurs de parallaxe.
5. Homogénéisation : Boucher la fiole jaugée et la retourner plusieurs fois doucement pour homogénéiser la solution.

La concentration massique (\(C_m\), parfois notée \(t\)) est la masse de soluté par litre de solution. \[ C_m = \frac{m_{soluté}}{V_{solution}} \] Elle est aussi liée à la concentration molaire \(C\) par la relation \(C_m = C \times M\), où \(M\) est la masse molaire du soluté.

Données : \(C_{mère} = 0.0200 \text{ mol/L}\), \(M(KMnO_4) = 158.0 \text{ g/mol}\).

Vérification avec la masse pesée et le volume : \(m = 0.316 \text{ g}\), \(V_{mère} = 0.1000 \text{ L}\).

Lors d'une dilution, la quantité de matière de soluté prélevée dans la solution mère est la même que celle qui se retrouve dans la solution fille. On utilise la relation de dilution : \(C_{mère} \times V_{prelever} = C_{fille} \times V_{fille}\). Nous cherchons \(V_{prelever}\).

Données : \(C_{mère} = 0.0200 \text{ mol/L}\), \(C_{fille} = 0.00400 \text{ mol/L}\), \(V_{fille} = 50.0 \text{ mL}\).

Note : Les unités de volume pour \(V_{fille}\) et \(V_{prelever}\) peuvent être les mêmes (mL ici) car le rapport des concentrations est sans unité.

La préparation d'une solution fille par dilution d'une solution mère nécessite de prélever avec précision un volume de solution mère et de le compléter avec du solvant dans une fiole jaugée de volume approprié.

Le protocole est le suivant :

1. Prélèvement : À l'aide d'une pipette jaugée (ou graduée, selon la précision requise et le volume) de \(10.0 \text{ mL}\) préalablement rincée avec un peu de solution mère, prélever \(10.0 \text{ mL}\) de la solution mère de KMnO\(_4\).
2. Transvasement : Introduire le volume prélevé dans une fiole jaugée propre de \(50.0 \text{ mL}\).
3. Ajustement au trait de jauge : Ajouter de l'eau distillée dans la fiole jaugée jusqu'à ce que le bas du ménisque coïncide avec le trait de jauge de \(50.0 \text{ mL}\). Utiliser une pissette ou une pipette Pasteur pour la fin de l'ajustement.
4. Homogénéisation : Boucher la fiole jaugée et la retourner plusieurs fois doucement pour homogénéiser la solution fille.

Réponses Correctes :

Question 1 : c) Une fiole jaugée.

Question 2 : b) Quantité de matière de soluté / Volume de solution.

Question 3 : c) La quantité de matière de soluté.

Question 4 : c) 0.02 mol/L (Facteur de dilution = \(100/20 = 5\). \(C_{fille} = C_{mère}/5 = 0.1/5 = 0.02\)).

Solution Mère :

Solution de concentration précisément connue, préparée à partir d'un soluté pur, et destinée à être diluée pour obtenir des solutions de concentrations inférieures.

Solution Fille :

Solution obtenue par dilution d'une solution mère.

Soluté :

Espèce chimique (solide, liquide ou gaz) qui est dissoute dans un solvant pour former une solution.

Solvant :

Substance, généralement liquide, capable de dissoudre d'autres substances (les solutés) pour former une solution.

Concentration Molaire (\(C\)) :

Quantité de matière de soluté (en moles) par litre de solution. Unité : mol/L ou M.

Concentration Massique (\(C_m\) ou \(t\)) :

Masse de soluté (en grammes) par litre de solution. Unité : g/L.

Masse Molaire (\(M\)) :

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

Quantité de Matière (\(n\)) :

Nombre de moles d'une substance. Unité : mol.

Fiole Jaugée :

Instrument de verrerie de laboratoire utilisé pour préparer des solutions de volume précis. Elle possède un trait de jauge indiquant le volume exact.

Dilution :

Processus consistant à ajouter du solvant à une solution pour diminuer sa concentration.

Facteur de Dilution (\(F\)) :

Rapport entre la concentration de la solution mère et celle de la solution fille (\(F = C_{mère}/C_{fille}\)), ou entre le volume de la solution fille et le volume de solution mère prélevé (\(F = V_{fille}/V_{prelever}\)).