« Dissolution d’un solide ionique et concentration en ions » Correction

Objectif du Tp :

Comprendre la différence entre Concentration en soluté apporté lors de la dissolution et Concentration en ions dissous dans cette solution réalisée.

Réaliser la préparation d’une solution par dissolution à partir d’une concentration donnée en ion.

Préparation d’une Solution aqueuse d’ions Chlorure : On doit préparer 100 mL d’une solution aqueuse dont la concentration en ion Chlorure Cℓ

sera de 0,15 mol/L.

Pour cela, on dispose au laboratoire de Chlorure de cuivre II dihydraté, solide ionique, dont la fiche d’identité est donnée ci-contre.

Comment réaliser une telle solution ?

I. Détermination de la masse à apporter en Soluté.

1. Que signifie le terme « dihydraté » ?

On remarque que dans la formule du solide (CuCℓ2,2H2O), il y a 2 molécules d'eau comprises dedans.

Lorsqu'on laisse le solide (CuCℓ2) pur à l'air libre, il s'hydrate, il peut être ainsi monohydraté (1 H2O), dihydraté (2 H2O), trihydraté (3 H2O) etc…

Si on chauffe ce solide, l'eau s'évapore et on retrouve le solide pur, d’où la présence de la virgule dans la formule (CuCℓ2,2H2O), les molécules d'eau ne sont pas liées au solide de façon importante.

2. Quelle information nous est apportée par la Solubilité dans l’eau ?

La solubilité d'un solide nous indique la masse maximale que l'on peut dissoudre de soluté dans 1 L de solvant.

Elle dépend de la température.

Ainsi, plus le solvant possède une température élevée, plus la masse de solide que l'on peut dissoudre est importante.

Pour le chlorure de cuivre, on a : s = 1 150 g.L^-1 à 20 °C ; on peut dissoudre au maximum 1 150 g de soluté dans 1 L de solvant (eau) lorsque celui-ci est à 20°C.

3. Une tâche nous empêche de lire la Masse molaire ; calculez-la.

M(CuCℓ2,2H2O) = M(Cu) + 2 × M(Cl) + 2 × (2 × M(H) + M(O)) = 170,5 g.mol^-1. 4. A partir de l’équation de dissolution du Chlorure de Cuivre II, vous déterminerez :

- Quelle devra être la concentration (C) du Soluté à apporter ?

La concentration en soluté se note C, la concentration en ions Cl^- : [Cl^-], en ions Cu²⁺ : [Cu²⁺] Equation de dissolution.

CuCℓ

,2H

O

Cu

+ 2 Cl

+ 2 H

O

C = ^𝐂𝐥

−

𝟐

[Cu

]

− 𝟐

[Cl

]

D'après les coefficients de l'équation de dissolution, lorsque l'on verse un motif CuCℓ2,2H2O(s) (solide ionique), il se forme un ion Cu²⁺ et 2 ions Cl^-.

Si on introduit une quantité C mole de CuCℓ2,2H2O(s), il se forme C mole d'ions Cu²⁺ et 2 × C mole d'ions Cl^-. - Quelle masse de Soluté vous sera nécessaire pour réaliser cette dissolution ?

[Cl^-] = 0,15 mol.L^-1 C = ^𝐂𝐥−

𝟐 ; C = ^{𝟎,𝟏𝟓}

𝟐 = 0,075 mol.L^-1 ; V = 100 mL = 0,1 L n(CuCℓ2,2H2O(s)) = C × V ; n = 0,075 × 0,1 = 7,5.10^-3 mol

m(CuCℓ2,2H2O(s)) = n(CuCℓ2,2H2O(s)) × M(CuCℓ2,2H2O(s)) ; m(CuCℓ2,2H2O(s)) = 7,5.10^-3 × 170,5 = 1,28 g Il faut peser 1,28 g de chlorure de cuivre dihydraté.

De la Structure aux propriétés physiques

de la matière Tp 19

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Correction

Constitution et Transformation de

la matière Séquence 9

Nom : Chlorure de cuivre (II) dihydraté Formule : CuCℓ

,2H

O

Masse molaire : 170,5 g.mol

Solubilité dans l’eau : 1150 g.L

à 20 °C

II. Mélange de 2 Solution ioniques.

* Prélevez alors, précisément, 15,0 mL de cette solution aqueuse de Chlorure de Cuivre, pour les placer dans un bécher.

1. Déterminer la quantité de matière de chacun des ions qui se trouve dans ce bécher.

V = 15,0 mL = 0,015 L

Pour Cu²⁺ : [Cu²⁺] = 0,075 mol.L^-1 ; n(Cu²⁺) = [Cu²⁺] × V ; n(Cu²⁺) = 0,075 × 0,015 = 1,125.10^-3 mol Pour Cl^- : [Cl^-] = 0,15 mol.L^-1 ; n(Cl^-) = [Cl^-] × V ; n(Cl^-) = 0,15 × 0,015 = 2,25.10^-3 mol

On utilisera ensuite une solution aqueuse d’Hydroxyde de Sodium, qui a été réalisée par dissolution, et dont la concentration en soluté (NaOH) est de 0,10 mol.L^-1.

2. A partir de l’équation de dissolution de l’Hydroxyde de Sodium dans l’eau, déterminer la concentration des ions présents dans cette solution.

NaOH

Na

+ HO

C [Na

]

C [HO

]

C

3. On utilisera 25 mL de cette solution aqueuse d’Hydroxyde de Sodium ; déterminer la quantité de matière des ions se trouvant dans ces 25 mL.

V = 25 mL = 0,025 L Quantité d'ions :

Na⁺ : n(Na⁺) = [Na⁺] × V ; n(Na⁺) = 0,1 × 0,025 = 2,5.10^-3 mol HO^- : n(HO^-) = [HO^-] × V ; n(HO^-) = 0,1 × 0,025 = 2,5.10^-3 mol * Ajouter les 25 mL de la solution d’Hydroxyde de sodium, dans votre bécher.

4. Que se passe-t-il dans le mélange réalisé ?

Lors du mélange, on observe la formation d'un précipité bleu.

III. Concentration des ions dans le mélange final.

Le précipité apparu est du à une réaction chimique entre les ions Hydroxyde et les ions Cuivre, selon l’équation chimique suivante :

1. Recherche du réactif limitant et de xmax.

Si Cu²⁺ est le réactif limitant : 1,125.10^-3 - x = 0 => x = 1,125.10^-3 mol.

Si HO^- est le réactif limitant : 2,5.10^-3 - 2 x = 0 => x = 1,25.10^-3 mol.

L'avancement maximal correspond à la plus petite valeur prise par x.

Soit xmax = 1,125.10^-3 mol et le réactif limitant est l'ion Cu²⁺. 2. Masse de précipité formée.

n(Cu(OH)2) = 1,125.10^-3 mol ; M(Cu(OH)2) = 63,5 + 2 × (16 + 1 ) = 97,5 g.mol^-1 m(Cu(OH)2) = 1,125.10^-3 × 97,5 = 0,11 g

Il se forme 0,11 g de précipité d'hydroxyde de cuivre II (Cu(OH)2).

3. Concentration des ions présents.

V = 15 + 25 = 40 mL = 0,04 L

HO^- : [HO^-] = 2,5.10^-4 / 0,04 = 6,25.10^-3 mol.L^-1 ; Cl^- : [Cl^-] = 2,25.10^-3 / 0,04 = 5,65.10^-2 mol.L^-1 Na⁺ : [Na⁺] = 2,5.10^-3 / 0,04 = 6,25.10^-2 mol.L^-1

On a : [Na⁺] = [HO^-] + [Cl^-] ; la solution est électriquement neutre.

1. Compléter le

tableau d'avancement.

2. Déterminer alors la masse de précipité présent dans votre mélange.

3. En considérant que le volume est resté constant, déterminer aussi les concentrations de tous les ions présents dans votre bécher.

Equation de la réaction Cu

+ 2 HO

Cu(OH)

Etat du système avancement n( Cu

) n( HO

) n( Cu(OH)

)

Etat initial 0

0

Etat

intermédiaire x

x

Etat final x

1,125.10^-3

0 2,5.10