TP de chimie 1
èreS
De la concentration en soluté ionique introduit aux concentrations effectives des ions en solution C OMPETENCES ATTENDUES
Prévoir si un solvant est polaire.
Savoir qu’une solution est électriquement neutre.
Écrire l’équation de la réaction associée à la dissolution dans l’eau d’un solide ionique.
Élaborer et réaliser un protocole de préparation d’une solution ionique de concentration donnée en ions.
P RINCIPE :
On dissout une masse donnée d’un soluté ionique solide Cu(NO3)2,3H2O(s) ( nitrate de cuivre II, trihydraté ) dans l’eau : on peut calculer la concentration molaire « C » en soluté introduit. Au contact de l’eau, le soluté ionique se dissout : les ions qui constituaient le solide ionique se séparent. On obtient donc finalement une solution ionique contenant des ions Cu2+(aq) et NO3-(aq). Les concentrations molaires respectives de ces ions sont notées [Cu2+] et [NO3-]. On souhaite comparer [Cu2+] et [NO3-] à C.
D ISSOLUTION D ’ UN SOLIDE IONIQUE
A) C
OMPRENDRE LE PROCESSUS DE DISSOLUTION D’
UN SOLIDE IONIQUE DANS DE L’
EAU À partir de l’animation http://www.youtube.com/watch?v=8n2AhUYk2WA rédiger en quelques lignes l’explication de la dissolution d’un cristal ionique en faisant clairement apparaitre 3 étapes dans ce processus.Mots à utiliser : molécule polaire, solvant polaire, interaction électrique, solvatation, dissociation du solide, cation, anion, dispersion.
a) Écrire l’équation de dissolution du cristal : de chlorure de sodium NaCl ;
de fluorure de calcium CaF
2.
b) Les solutions ioniques sont-elles électriquement neutres ? Justifier.
B) P
REPARATION DE LA SOLUTIONOn souhaite préparer un volume V = 100 mL d’une solution aqueuse de nitrate de cuivre II de concentration C = 5,0.10-2 mol.L-1 à partir du solide ionique Cu(NO3)2,3H2O(s).
1) Calculez le nombre de mol n(Cu(NO3)2,3H2O) qu’il faudra dissoudre.
2) Calculez la masse molaire M(Cu(NO3)2,3H2O) du nitrate de cuivre II, trihydraté 3) En déduire la masse m(Cu(NO3)2,3H2O) à dissoudre.
4) Rédigez (puis le mettre en œuvre après validation) un protocole expérimental pour préparer la solution demandée.
C) I
NTERPRETATION5) Ecrire l’équation-bilan de dissolution de ce solide ionique dans l’eau.
6) Sans faire de grands calculs, pouvez-vous :
- prévoir les concentrations réelles des ions Cu2+ (aq) et NO3- (aq) dans la solution ? - exprimer [Cu2+] et [NO3-] en fonction de C ?
7) Construire le tableau d’avancement de la réaction de dissolution et le compléter littéralement (=sans valeurs numériques)
8) Exprimer la quantité de soluté nCu(NO3)2 initialement apporté en fonction de l’avancement xmax.
9) Exprimer la concentration molaire C Cu(NO3)2en soluté initialement apporté en fonction de xmax et de Vsol.
10) Exprimer la quantité de matière d’ions calcium nCu2+dans la solution préparée en fonction de xmax.
11) Exprimer la concentration effective [Cu2+] en ions Cu2+de la solution aqueuse préparée en fonction de xmax et de Vsol, puis en fonction de C Cu(NO3)2. Donner sa valeur.
12) Exprimer la concentration effective [NO3-] en ions NO3-de la solution aqueuse préparée en fonction de xmax et de Vsol, puis en fonction de C Cu(NO3)2. Donner sa valeur.
13) Comparer les deux concentrations molaires effectives en ions. Justifier l’électroneutralité de cette solution ionique.
D) V
ERFICATION EXERIMENTALE:
La conductivité électrique σ (en Siemens par mètre : S.m-1) d’une solution est due aux ions qui la composent. Certains conduisent plus ou moins le courant ce qui se traduit par des conductivité molaire ionique différentes.
λCu2+ = 10,72 mS.m².mol-1 et λNO3- = 7,14 mS.m².mol-1
Sachant que σ = λCu2+ . [Cu2+] + λNO3- . [NO3-] (attention les concentrations en mol.m3) : vérifier par une mesure de la conductivité de votre solution les concentrations effectives [Cu2+] et [NO3-].
D) E
XERCICE D’
APPLICATIONEcrire les équations de dissolution dans l’eau des solutés ioniques suivants, puis exprimez les concentrations molaires effectives des ions en fonction de C (concentration initiale du soluté) :
