LES SOLUTIONS AQUEUSES

DEFINITIONS
Solution aqueuse
. Une solution aqueuse est un mélange homogène d’un soluté et d’un solvant qui est l’eau.

-Le soluté est le corps qu’on dissout.

-Le solvant est le corps qu’on utilise pour dissoudre.

Exemple : une solution salée a du sel comme soluté et de l’eau comme solvant.

DISSOLUTION DES SOLIDES IONIQUES

La dissolution d’un composes ionique solide dans l’eau sépare les deux types d’ions dont il est constitué :

-les ions charges d’électricité positive ou cations

-les ions charges d’électricité négative ou anions.

Le compose ionique solide ne porte pas de charge électrique : on dit qu’il est électriquement neutre. La solution aqueuse obtenue lorsqu’il est dissous dans l’eau est aussi électriquement neutre.

Exemple : Dissolution du chlorure de sodium dans l’eau (NaCl).

NaCl → Na⁺ +Cl^-

Dans la solution obtenue, il y a des ions Na+ et Cl-

Concentration massique C_m
C'est le rapport de la masse d’un composé X contenu dans un certain volume de solution divisée par ce volume de cette solution.

La masse m est exprimée en gramme(g)

Le volume V souvent exprimé en litre(l) .

La concentration Cm en gramme par litre(g/l)

Exemple
On dissout 5 g de sulfate de cuivre (CuSO4) dans 400 ml d’eau. Quelle est alors la concentration massique du sulfate de cuivre ?

On a:

m(CuSO₄)=5g, V=400ml

c_m= m(CuSO₄)/V=5/0,4=12,5g/l

Concentration molaire d’une solution

On appelle concentration molaire d’une solution la quantité (en moles) de soluté dissout dans un litre de solution.

Soit n le nombre de moles de soluté introduit dans l’eau pour obtenir un volume V de solution, la concentration de la solution obtenue est :

n _: la quantité de matière de A en solution en mole (mol)

V : volume de la solution en litre(l).

C : concentration molaire en môle par litre (mol/l)

Exemple :

Déterminer la concentration d’une eau salée obtenue en dissolvant 0,6g de chlorure de sodium dans l’eau et en complétant le volume a 200 cm³.

On donne les masses molaires atomiques :Na :23 ; Cl :35,5

M_NaCl=23+35,5=58.5 g/mol V=0,2 l

n=0.6/58,5=0,01mol

C= n/V=0,01/0,2=0,05 mol.l^-1

NB : les chimistes utilisent parfois les adjectifs molaire, decimolaire, centimolaire….pour caractériser des solutions de concentrations 1mol.l-1 ;0,1mol.l-1 ;0,01mol.l-1…

Concentration molaire d’une espèce en solution

La concentration molaire d’une espèce chimique A en solution notée [A] est la quantité de matière de cette espèce présente dans un litre de solution.

n_A : la quantité de matière de A en solution en mole (mol)

V : volume de la solution en litre(l).

[A] : concentration molaire en môle par litre (mol/l)

Exemple : On dissout 0,585 g de NaCl dans 100 ml d’eau. Calculons les concentrations molaires de chaque espèce en solution.

NaCl → Na⁺ +Cl^-

^{1mol 1mol 1mol}

En divisant partout par V, on obtient

[Na+]=[Cl-]=[NaCl] or

Donc [Na+]=[Cl-]= 0,1

NEUTRALITE ELECTRIQUE D’UNE SOLUTION

Une solution aqueuse ionique a une charge électrique totale nulle : il y a autant de charges positives que de charges négatives. On dit qu’elle est électriquement neutre. Ceci se traduit par une équation d’électroneutralité.

Exemples :

· Soit l’équation : NaCl → Na⁺ +Cl^-

La neutralité permet d’écrire :

[Na⁺]=[Cl^-]

· Soit l’équation : Al₂(SO₄)₃ → 2Al³⁺ + 3SO₄^2-

La neutralité permet d’écrire :

3[Al^3+]=2[SO₄^2-]

IDENTIFICATION DES IONS CONTENUS DANS L’EAU MINERALE

On trouve, dans les eaux minérales, des ions assurant un apport en éléments indispensables à notre organisme. Les étiquettes collées sur les bouteilles d'eau minérale donnent plusieurs indications comme la nature des ions présents, leur concentration massique et le pH de l'eau.

On peut mettre en évidence la présence d’un ion dans la solution en ajoutant quelques gouttes d’un réactif spécifique de chaque ion dans quelques millilitres de solution.

IV-PH DES SOLUTIONS AQUEUSES

pH DES SOLUTIONS AQUEUSES

Toute solution aqueuse contient des ions H₃O^+. Les propriétés acides ou basiques d’une telle solution dépendent de la concentration molaire en ions H₃O⁺. Cette concentration généralement faible, s’exprime en puissances négatives de 10.

Définition 

Le pH (potentiel hydrogène) est une grandeur sans unité associée à la concentration des ions H₃O⁺

Elle permet de classer les solutions aqueuses. A 25 C, son échelle va de 0 à 14.

Ainsi :

pH<7 la solution est acide

pH=7 la solution est neutre

pH>7 la solution est basique

Mesure du pH

a. Indicateur coloré

Un indicateur coloré est une espèce chimique qui change de couleur en fonction de la valeur du pH.

Par exemple, le BBT est un indicateur coloré qui est bleu en milieu basique, vert en milieu neutre, et jaune en milieu acide.

Si l'on introduit quelques gouttes de BBT dans une solution aqueuse, celle-ci prend une teinte que l’on compare à une échelle de teinte (qui sert de référence).
Introduire quelques gouttes d’un indicateur coloré dans une solution permet donc de déterminer l’ordre de grandeur de son pH, mais pas la valeur précise du pH.

b. Mesure au papier pH

Le papier pH est une bande de papier imbibée d’un indicateur universel.
L’indicateur universel est constitué d’un mélange d’indicateurs colorés dont les teintes varient graduellement en fonction du pH. Le papier pH a donc une teinte qui varie en fonction de la valeur du pH.

Le papier pH se présente sous la forme de bandes étroites de papier. L’échelle des teintes de l’indicateur en fonction du pH est imprimée sur le boitier.

En déposant une goutte de solution (de pH inconnu) sur un morceau de papier pH, on détermine une valeur approximative de la valeur du pH en comparant la couleur obtenue avec celle de l’échelle.

c. Mesure au pH-mètre

On peut mesurer la valeur du pH avec un pH-mètre.

Le pH-mètre est un appareil de mesure constitué d’une électrode double reliée à un boitier électronique indiquant la valeur du pH.

Avant utilisation, le pH-mètre doit être étalonné avec deux solutions tampons.

Une solution tampon est une solution dont le pH est stable et connu avec précision.

On étalonne le pH-mètre avec une solution tampon de pH = 7,0 (pH neutre), puis avec une solution tampon acide (4,0) ou basique (9,0).

Une fois étalonné, on rince l’électrode, et on la plonge dans la solution aqueuse dont on cherche à déterminer le pH.
La lecture du pH se fait sur l’écran du boitier électronique.

EXERCICES

EXERCICE I :

On dissout dans l’eau 8 g de soude de formule NaOH dans 100 ml d’eau.

1-Ecrire l’équation de dissolution de la soude dans l’eau

2-Calculer la masse molaire de la soude

3-Calculer la concentration massique de la soude dans cette solution.

4-Calculer la concentration molaire de la soude dans cette solution.

On donne : Na :23 ; O :16 ; H :1

EXERCICE II :

On dissout 0,740g de l’hydroxyde de calcium Ca(OH)₂ dans 100 ml d’eau.

1.Ecrire l’équation de dissolution de l’hydroxyde de calcium dans l’eau.

2.Calculer les concentrations molaires de chaque espèce dans la solution obtenue.

3.En déduire l’équation d’électroneutralité.

On donne : Ca :40 O :16 ; H :1

EXERCICE III :

1.Définir : indicateur acido-basique

2.Ecrire les formules des ions suivants : ion hydronium, ion sodium, ion sulfate.

Lequel de ces ions est monoatomique ?

3.On dissout 5,6 g de chlorure de calcium dans 100 ml d’eau. L’équation de mise en solution est :

CaCl₂→Ca²⁺ + 2Cl^-

3.1-Nommez les ions contenus dans cette solution.

3.2-Calculez la concentration de chacun des ions présents dans cette solution

On donne : Ca :40 Cl :35,5

EXERCICE IV :

Tu veux identifier certains ions présents dans une bouteille d’eau minérale. Tu prélèves quelques millilitres que tu introduis dans trois tubes a essais au numéro 1,2 et 3

-Dans le tube 1 on y ajoute du nitrate d’argent et il se forme un précipité blanc qui noircit à la lumière.

-Dans le tube 2 on y ajoute un peu de nitrate de baryum et on observe un précipité blanc qui se forme.

-Dans le tube 3 on y ajoute un réactif d’ion oxalate et il se orme un précipité orange.

En interprétant les résultats des tests ainsi effectues, quels ions trouve-t-on dans cette bouteille d’eau minérale ?

EXERCICE V :

On donne le tableau suivant :

Solution	Eau de javel	Jus d’orange	Bile	Lait
pH	11,5	3,8	7	6,6

1.Quelle est la solution la plus acide ?

2.Quelle est la solution la plus basique ?

3.Quelle est la solution neutre ?

4.Classer les solutions par ordre d’acidité croissante’

EXERCICE VI :

Dans le laboratoire de chimie de votre établissement, l'humidité et la moisissure ont endommagé les étiquettes de trois flacons, les rendant ainsi non-identifiables. Les trois flacons contiennent des solutions aqueuses différentes : une solution de chlorure de sodium (contenant les ions sodium et les ions chlorure), une solution de sulfate de calcium (contenant les ions calcium et les ions sulfate) et une solution d'hydroxyde de sodium (contenant les ions sodium et les ions hydroxyde).
Il vous est demandé d’étiqueter chacun les trois flacons.
Vous donnerez : le matériel nécessaire, les éventuels schémas des dispositifs expérimentaux à utiliser ainsi que les modes opératoires correspondant.
Vous soignerez votre présentation. (BEPC 2020)

EXERCICE VI :

Depuis quelques jours, Mme Donfack manque d'appétit et est toujours fatiguée. Il lui a été prescrite comme boisson une eau sans sel c'est à dire dépourvue des ions chlorure et des ions sodium. Les résultats d'analyse de son sang viennent de IUI parvenir mais malheureusement elle ne peut pas les interpréter. Elle sollicite ton aide :

Information : Un excès de créatinine provoque une insuffisance rénale.
En exploitant tes connaissances et en effectuant des calculs,
1-Montre comment vérifier à partir des résultats des tests que l'eau qu'elle consomme respecte la prescription (sans ions chlorure et des ions sodium) 
2-Dire si les soucis de santé de Mme Donfack proviennent du dysfonctionnement de ses reins. 

Masses molaires atomiques : C :12 ; H :1 O :1 6 N : 14

(Épreuve zéro de 2022)

CORRIGES

EXERCICE I :

1-NaOH → Na⁺ + HO^-

2-M=M_Na +M_H+M_O =23+1+16=40 g/mol

3-C=m/V=8/0,1=80g/l

4-C=n/V=m/MV=8/40x0,1= 2 mol/l // car n=m/M

EXERCICE II :

On dissout 0,740g de l’hydroxyde de calcium Ca(OH)₂ dans 100 ml d’eau.

1. Ca(OH)₂ → Ca⁺ +2HO^-

2.Soit c la concentration du Ca(OH)₂ dans l’eau. C=n/V=m/MV=0,740/74x0,1=0,1mo/l

Ca(OH)₂ → Ca⁺ +2HO^-

^{1 mol 1mol 2mol}

//En divisant partout par le volume

On obtient :

3.

EXERCICE III :

1. Un indicateur coloré est une espèce chimique qui change de couleur en fonction de la valeur du pH.

2.Ecrire les formules des ions suivants : ion hydronium, ion sodium, ion sulfate.

Ion hydronium: H₃O⁺

Ion sodium: Na⁺

Ion sulfate : SO₄ ^2-

Ion monoatomique :Na⁺

3.On dissout 5,6 g de chlorure de calcium dans 100 ml d’eau. L’équation de mise en solution est :

CaCl₂→Ca²⁺ + 2Cl^-

3.1-Ca²⁺ : ion calcium

Cl^- : ion chlorure

3.2-concentration molaire c du chlorure de calcium ; c=m/MV=5,6/111x0,1=0,5 mol/l

[Ca+]=c=0,5 mol/l

[Cl-]=2c=1mol/l

EXERCICE IV :

Tube 1 : ions chlorures

Tube 2 : ions sulfates

Tube 3 : ions calcium

EXERCICE V :

On donne le tableau suivant :

Solution	Eau de javel	Jus d’orange	Bile	Lait
pH	11,5	3,8	7	6,6

1.Jus d’orange

2. Eau de javel

3. Bile

4. Eau de javel, Bile, Lait, Jus d’orange.

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