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Chim. N° 04 |
Conduction dans les solutions : Exercices. Correction. |
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Programme 2011 :
Physique et
Chimie
Programme 2020 :
Physique et
chimie
Pour aller plus loin :
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Mots clés : Conductance, conductivité d'une solution, cellule conductimétrique, solution électrolytique, conductivité molaire ionique, concentration molaire, relation entre conductance et concentration molaire |
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Applications ;
1)-
Conductance d’une solution.
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- Avec une même cellule conductimétrique, on mesure les conductances de solutions de concentration C0 = 1,0 x 10 – 3 mol / L, de chlorure de sodium (solution S1), de chlorure de potassium (solution S2) et d’hydroxyde de sodium (solution S3). - On trouve respectivement : G1= 137 μS, G2= 171 μS, G3= 268 μS. - Déduire de ces valeurs, la conductance G d’une solution d’hydroxyde de potassium, de même concentration C0, que l’on mesurerait avec la même cellule. - Aide : - Écrire l’équation de dissolution dans l’eau de chaque solution. - Écrire l’expression littérale de la conductivité de chaque solution. - En déduire l’expression littérale de la conductance de chaque solution. |
Correction :
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- Réaction de dissolution :
- En conséquence :
C0
= [
Cl
–
] = [
Na+
] - Réaction de dissolution
- On
tire :
C0
=[
Cl
–
] = [
K
+
] - Réaction de dissolution
- C0
=[ HO– ] = [
Na+ ] - Conductivité des différentes solutions : - σ 1 = λ (Cl– ).[ Cl – ] + λ (Na+).[ Na+ ] - σ 1 = (λ (Cl– ) + λ (Na+) ).C0 (1) - σ 2 = λ (Cl– ).[ Cl – ] + λ (K+).[ K+ ] - σ 2 = (λ (Cl– ) + λ (K+) ).C0 (2) - σ
3 =
λ
(HO–).[
Cl– ] +
λ
(Na+).[
Na+ ] - σ 3 = (λ (HO – ) + λ (Na +) ).C0 (3) - Conductance des différentes solutions : - - -
-
En combinant (1) et ( - -
-
- Comme la conductance de la solution d’hydroxyde de potassium est mesurée avec la même cellule, on peut donner la relation littérale de la conductance : - - Première étape, on calcule : G2 - G1 : -
- Deuxième étape, on calcule : (G 2 - G 1 ) + G 3 : -
- En conséquence : - (G2 - G1 ) + G3 = G - G = 171 – 137 + 268 - G =
302
μS - Car : G1= 137 μS, G2= 171 μS, G3= 268 μS |
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2)- Exercice 3 page 92 : Déterminer la concentration d’une solution.
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On veut déterminer, par conductimétrie, la concentration d’une solution d’iodure de potassium : K+ (aq) + I– (aq). Pour cela, on étalonne la cellule conductimétrique en mesurant la conductance de solutions titrées d’iodure de potassium (voir tableau ci-dessous). La
température est de 25 ° C.
a)- Tracer la courbe G = f (C) et commenter le résultat. b)- Cette cellule est plongée dans une solution d’iodure de potassium à 25 ° C. On obtient G = 72,5 mS. - En déduire la concentration molaire de cette solution. |
Correction :
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Réponses : a)- Courbe G = f (C) :
- On obtient une droite passant par l’origine : - La conductance est proportionnelle à la concentration des solutions. - Les solutions sont suffisamment diluées. - On peut déterminer la valeur du coefficient directeur de la droite moyenne tracée : -
- le calcul
statistique fait par Excel donne
k
≈ b)- Concentration molaire de la solution : on fait une lecture sur le graphe :
- La lecture graphique donne :
C
≈ - On peut trouver la concentration en utilisant la formule suivante : -
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_ Exprimer les conductivités suivantes :
_
Exprimer dans l’unité demandée :
_ Exprimer dans l’unité demandée :
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Correction :
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_ Exprimer les conductivités suivantes :
_
Exprimer dans l’unité demandée :
_ Exprimer dans l’unité demandée :
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4)- Exercice 18 page 95 étude d’une eau minérale naturelle.
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L’étiquette d’une bouteille d’eau minérale donne de très nombreux renseignements sur la composition de l’eau. Nous lisons, entre autres :
Pour cette eau minérale : à 20 ° C,
σ
= 521 μS . cm
–1 et, à 25 ° C,
σ = 578 μS. cm
–1. a)- Quel renseignement fournit la valeur du pH ? b)- Le résidu sec correspond principalement aux solutés solides présents après évaporation de toute eau. - En faisant un tableau à double entrée, une pour les anions et une pour les cations, donner la formule de tous les solutés susceptibles de se trouver dans les résidus secs. c)- Pourquoi indique-t-on la température à laquelle la conductivité a été déterminée ? Justifier la différence observée à 20 ° C et 25 ° C.
d)- On souhaite vérifier la valeur de la conductivité en faisant
au laboratoire
une mesure de conductance avec une cellule conductimétrique
de constante
- Dans un premier temps, on détermine k avec une solution de chlorure de potassium étalon dont la conductivité à 25 ° C vaut : - σ0 = 1,260 S . m –1, - la mesure de la conductance donne : G0 = 15,48 mS. En déduire la valeur de k. - Quelles doivent être les conductances de l’eau minérale avec le même montage, à 20 ° C et 25 ° C, si les valeurs indiquées sur l’étiquette sont correctes ? e)- Calculer la concentration molaire de tous les ions présents dans l’eau. f)- En admettant que la conductivité de la solution est : -
- Déterminer la conductivité de la solution |
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a)- Valeur du pH ? - La valeur du pH permet de savoir si la solution est acide, neutre ou basique. - L’eau minérale naturelle est légèrement basique : son pH > 7. b)- Le résidu sec correspond principalement aux solutés solides présents après évaporation de toute eau. - Tableau :
c)- Température et conductivité : - La conductivité dépend de la température, il est nécessaire de préciser la température à laquelle la mesure a été effectuée. - Lorsque la température diminue, la conductivité de la solution diminue.
d)- Mesure de conductance avec une cellule conductimétrique
de constante
- Valeur de k : -
- Valeur de la conductance à 20 ° C : - - Valeur de la conductance à 25 ° C : - e)- Concentration molaire de tous les ions présents dans l’eau. - On utilise la relation qui lie la concentration molaire au titre massique : - - Concentration molaire des ions calcium : - - De la même façon, on trouve :
f)- Conductivité de la solution : - - -
- Valeur de la conductivité de la solution : - σ =
σ (+) +
σ (−) = 22,8
+
22,1 - σ ≈ 44,9 mS / m |
