Solutions électrolytiques et concentration, Exercices.

μ_eau . d . P

1,00 × 10³ × 1,83 × 98

C ≈ 18 mol / L

Cations anions	K ⁺ ion potassium	Fe ²⁺ ion fer II	Cu ²⁺ ion cuivre II		Fe ³⁺ ion fer III
Cl ^– ^{ion chlorure}				AlCl₃
Cl ^– ^{ion chlorure}				Chlorure d'aluminium III
SO₄ ²^– ^{ion sulfate}				Al₂(SO₄)₃
SO₄ ²^– ^{ion sulfate}				Sulfate d'aluminium III
PO₄ ³^– ^{ion phosphate}
PO₄ ³^– ^{ion phosphate}
NO₃ ^– ^{ion nitrate}
NO₃ ^– ^{ion nitrate}

2. Donner le nom des ions et des composés ioniques figurant dans le tableau2.

Correction :

anions

Cations

K ⁺

ion potassium

Fe ²⁺

ion fer II

Cu ²⁺

ion cuivre II

Al ³⁺

ion aluminium III

Fe ³⁺

ion fer III

Cl ^–

^{ion chlorure}

KCl

FeCl₂

CuCl₂

AlCl₃

FeCl₃

Chlorure

de potassium

Chlorure

de fer II

Chlorure

de cuivre II

Chlorure

d'aluminium III

Chlorure

de fer III

SO₄ ²^–

^{ion sulfate}

K₂SO₄

FeSO₄

CuSO₄

Al₂(SO₄)₃

Fe₂(SO₄)₃

Sulfate

de potassium

Sulfate

de fer II

Sulfate

de cuivre II

Sulfate

d'aluminium III

Sulfate

de fer III

PO₄ ³^–

^{ion phosphate}

K₃PO₄

Fe₂(PO₄)₃

Cu₃(PO₄)₂

Al PO₄

Fe PO₄

Phosphate

de potassium

Phosphate

de fer II

Phosphate

de cuivre II

Phosphate

d'aluminium III

Phosphate

de fer III

NO₃ ^–

^{ion nitrate}

KNO₃

Fe(NO₃)₂

Cu(NO₃)₂

Al(NO₃)₃

Fe(NO₃)₃

Nitrate

de potassium

Nitrate

de fer II

Nitrate

de cuivre II

Nitrate

d'aluminium III

Nitrate

de fer III

2)- Exercice 6 page 56.

étudier la dissolution d’un solide ionique

Le chlorure de calcium, CaCl₂, et le sulfate de potassium, K₂SO₄, sont des solides ioniques.

Préciser le nom et la formule des ions constituant ces cristaux.
Les solutions obtenues en dissolvant chacun de ces solides dans l’eau sont-elles électrolytiques ?
écrire les équations de réaction associées aux dissolutions correspondantes.
Quelles sont les espèces chimiques présentes dans chacune des solutions supposées non saturées ?
Pourquoi dit-on que les ions présents dans la solution sont solvatés ?

Correction :

1. Nom et formule des ions :

Pour le chlorure de calcium : l'ion calcium Ca²⁺et l'ion chlorure Cl ^–

Pour le sulfate de potassium : l'ion potassium K⁺ et l'ion sulfate SO₄^2–

2. Les solutions sont des électrolytes, elles contiennent des ions mobiles.

3. Équation de dissolution :

^{Réaction de dissolution}	^eau
CaCl₂	→	Ca²⁺ _(aq) + 2 Cl ^– _(aq)
^{Réaction de dissolution}	^eau
K₂SO₄	→	2 K⁺ _(aq) + SO₄²^- _(aq)

4. Espèces chimiques présentes dans chaque solution :

- La solution de chlorure de calcium contient les ions chlorure et les ions calcium solvatés et des molécules d’eau.

- La solution de sulfate de potassium contient les ions sulfate et les ions potassium solvatés et des molécules d’eau.

5. Les ions sont solvatés :

- Lors de la dissolution, il apparaît des liaisons ‘’intermoléculaires’’ entre les ions et les molécules d’eau.

- Les ions s’entourent de molécules d’eau car ils portent une charge électrique et que l’eau est un solvant polaire.

- C’est un dipôle électrique.

- Les ions sont hydratés.

3)- Exercice 10 page 57.

Préparer une solution à partir d’un solide :

On prépare un volume V = 100,0 mL de solution de sulfate de sodium :

{2 Na⁺ _(aq) + SO₄²^- _(aq)}

de concentration molaire en soluté apporté C = 5,00 x 10^{– 2} mol /L.

1. Quelle masse de sulfate de sodium solide faut-il prélever ?

Décrire soigneusement le mode opératoire de la préparation.

2. Quelles sont les concentrations molaires volumiques effectives des ions présents dans cette solution.

Correction :

1. Masse de sulfate de sodium :

Relations : n = C . V et m = n . M

- m = C . V. M

- m = 5,00 × 10^{– 2} × 100 × 10^{– 3} × (2 × 23,0 + 32,1 + 4 × 16,0)

- m ≈ 7,11 × 10^{– 1} g

- Mode opératoire : voir feuille méthode.

Concentrations molaires effectives :

^{Réaction de dissolution}	EAU
Na₂SO₄	→	2 Na⁺ _(aq)	+ SO₄²^- _(aq)
n		2 n	n
C = 5,00 × 10^{– 2} mol /L		2 C = 1,00 × 10^{– 1} mol /L	C = 5,00 × 10^{– 2} mol /L

4)- Exercice 17 page 57.

Sel de Mohr :

Le sel de mohr est un solide de formule FeSO₄, (NH₄)₂ SO₄, 6 H₂O.

On souhaite préparer une solution S₀ de sel de Mohr de volume V₀ = 200,0 mL de concentration molaire apportée C₀ = 1,50 × 10^{– 2} mol / L.

On dilue ensuite cette solution pour obtenir un volume V₁ = 100,0 mL de solution S₁ dans laquelle la concentration massique des ions fer II est égale à t_m1 = 0,209 g / L.

Calculer la masse molaire du sel de Mohr.
écrire l’équation de la dissolution dans l’eau et préciser le nom des ions.
Indiquer les tests chimiques permettant de mettre en évidence, dans cette solution, le cation métallique et l’anion.
Décrire soigneusement la préparation de la solution S₀.
Quelles sont les concentrations molaires effectives de tous les ions présents dans la solution S ₀.
Quelle est la concentration massique des ions fer II dans la solution S₀ ? Indiquer succinctement le mode opératoire pour obtenir la solution S₁.

Correction :

Masse molaire du sel de Mohr :

- M = M (Fe) + 2 M (SO₄) + 2 M (NH₄) + 6 M (H₂O)

- M = 55,8 + 2 × (32,1 + 4 × 16,0) + 2 × (14,0 + 4 × 1,01) + 6 × (2 × 1,01 + 16,0)

- M ≈ 392 g / mol

Équation de dissolution dans l’eau :

Fe SO₄, (NH₄)₂ SO₄, 6 H₂O	eau	Fe²⁺ _(aq) + 2 SO₄²^- _(aq) + 2 NH₄⁺
	→

Tests :

- Cation métallique : Fe²⁺ _(aq)

- En présence d’ions hydroxyde, les ions fer II donnent un précipité vert pâle

- (la couleur du précipité évolue au cours du temps, il devient vert foncé,

- puis noir avec apparition d’une teinte rouille)

- L’anion : SO₄²^– :

- En présence d’ions baryum, les ions sulfate donnent

- un précipité blanc de sulfate de baryum

Préparation de la solution S₀ : fiche technique N° 3 page 300.

- Masse de sel de Mohr nécessaire :

Relations : n = C₀ . V₀ et m = n . M

- m = C₀ . V₀. M

- m = 1,50 × 10^{– 2} × 200,0 x 10^{– 3} × (392)

- m ≈ 1,18 g

Concentration molaire des ions en solution : d’après l’équation de dissolution :

Ion	Fe²⁺ _(aq)	SO₄²^–	NH₄⁺
Concentration	C	2 C	2 C
En mol / L	1,50 x 10^{– 2}	3,00 x 10^{– 2}	3,00 x 10^{– 2}

Concentration massique des ions fer II :

- Solution S₀: titre massique des ions fer II : On connaît la concentration en ion fer II

- Relation :

- t_m = C . M

- t_m = 1,50 x 10^{– 2} × 55,8

- t_m ≈ 0,279 g / L

- Solution S₁: titre massique des ions fer II : t_m1 = 0,209 g / L

- On a effectué une dilution : il faut trouver le volume de solution S₀nécessaire.

Au cours de la dilution, il y a conservation de la quantité de matière de soluté.

S₀	{	t_m0 = 0,279 g / L	Dilution	S₁	{	t_m1 = 0,209 g / L
		C₀ = 1,50 × 10^{- 2} mol / L	→			C₁ = 3,75 × 10^{- 3} mol / L
		V₀ = ?				V₁ = 100 mL
		n₀ = C₀ . V₀				n₁ = C₁ . V₁

- Mode opératoire :

- On remplace la pipette jaugée de 10 mL par une pipette jaugée de 25 mL.

- Matériel et solutions :

- Bécher, pipette jaugée de 25 mL munie de sa propipette, fiole jaugée de 100 mL,

- Solution S₁ de sel de Mohr, eau distillée.

5)- Exercice 19 page 58.

Solution commerciale

L’étiquette d’une solution d’acide sulfurique indique :

La densité : d = 1,83

Le pourcentage massique : P = 98 %

1. Examiner le pictogramme de cette étique et en déduire

les précautions à prendre lors de l’utilisation de ce produit.

2. Déterminer la concentration molaire apportée de cette solution S₀.

3. Quel volume de solution S₀ faut-il prélever pour préparer

une solution S de volume V = 500 mL de concentration C = 0,12 mol / L

4. Quelles sont les concentrations molaires des ions dans la solution S ?

Donnée : masse volumique de l’eau : μ₀ = 1,00 × 10^{– 3} g / L

R 35 ;

S 26-30-45

corrosif

Acide Sulfurique 98 % H₂SO_{4

Provoque
de graves brûlures}

En cas de contact avec les yeux, laver immédiatement

et abondamment avec de l’eau et consulter un spécialiste.

Ne jamais verser de l’eau dans ce produit.

En cas d’accident ou de malaise, consulter immédiatement

un médecin (si possible, lui montrer l’étiquette).

Correction :

1. Pictogramme :

	Acide sulfurique : H₂SO₄
Risques	éviter le contact avec la peau et les yeux et, ne pas verser d’eau dans l’acide afin d’éviter les projections d’acide.
R - 35	Provoque des brûlures
S – 26	En cas de contact avec les yeux, laver immédiatement et abondamment avec l’eau
S – 30	Ne jamais verser de l’eau dans ce produit
S – 45	En cas d’accident ou de malaise consulter immédiatement un médecin et lui montrer l’emballage ou l’étiquette.

2. Concentration molaire en soluté apporté :

- Masse d’un volume V = 1,00 L de solution :

- m = μ_eau . d . V (1)

- Masse d’acide sulfurique présent dans ce volume :

- m’ = P . m => m = μ_eau . d . V. P

- Quantité de matière correspondante :

	m'			μ _eau. d . V . P
n =		=>	n =
	M			M

- Concentration molaire en soluté apporté :

	n			μ _eau. d . P
C =		=>	C =
	V			M

- Application numérique :

3. Volume nécessaire de solution S₀.

- On a effectué une dilution : il faut trouver le volume de solution S₀nécessaire.

Au cours de la dilution, il y a conservation de la quantité de matière de soluté.

S₀	{
		C₀ = 18 mol / L	Dilution	S	{	C = 0,12 mol / L
		V₀ = ?	→			V = 500 mL
		n₀ = C₀ . V₀				n = C . V

- Préparation :

- On remplace la pipette jaugée de 10 mL par une pipette graduée de 5 mL.

- Matériel :

- Gants et lunettes,

- Bécher, pipette graduée de 5 mL munie de sa propipette,

- fiole jaugée de 500 mL, solution S₀ et eau distillée.

4. Concentration molaire des ions présents dans la solution.

Equation de dissolution	H₂SO₄	eau	2 H⁺ _(aq) + SO₄²^- _(aq)
Equation de dissolution	H₂SO₄	→	2 H⁺ _(aq) + SO₄²^- _(aq)
	n		2 n	n
	C		2 C	C
mol / L	0,12		0,24	0,12