Chapitre 1: Solutions aqueuses - Physique-Chimie Terminale D | DigiClass
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Solutions aqueuses

I.  L’essentiel du cours

Solution aqueuse

Une solution est obtenue par la dissolution d’un soluté dans un solvant. La solution est dite aqueuse lorsque le solvant est l’eau. Le soluté peut être : un solide, un liquide ou un gaz.

Caractéritique d'une soution aqueuse

Une solution aqueuse est caractérisée par la concentration molaire du soluté dans la solution. La concentration est notée : C et elle s’exprime en mol.L-1.

On a : C=nsν   avec ns:quantité de matière du soluté introduit en mol.v:volume de la solution en L. 

L’eau pure

L’eau pure est constituée :

  • d’une espèce ultra-majoritaire, la molécule d’eau H2O ;
  • de deux espèces ultra-minoritaires, les ions hydroniums H3O+ et hydroxyde OH-.

L’eau pure et les solutions aqueuses sont le siège de la réaction d’équilibre d’autoprotolyse de l’eau représenté par l’équation-bilan : 2H2        H3O +   OH

La dilution

Définition

La dilution est l’opération qui consiste à diminuer la concentration d’une solution mère par ajout de solvant (l’eau distillée).

Principe

Soit un flacon contenant un volume Vi d’une solution initiale de concentration Ci. On veut obtenir une solution de volume Vf et de concentration Cf.

La conservation de la quantité de matière donne : ni = nf   soit  CiVi = CfVf  or Vf = Vi + Ve  (Ve : volume d’eau à ajouter). on a alors :

CiVi = Cf  (Vi + Ve  ) d’où  Ve= Vi(cicf-1)

En posant : cicf=N où N (facteur de dilution) désigne le nombre de fois de dilution ; on écrit : Ve=Vi(N-1). Pour diluer 10 fois : on N = 10.

Ve = 9 Vi   et  Cf=ci10

Neutralité d’une solution: Toute les solutions aqueuses contenant des ions est électriquement neutre. L’équation d’électroneutralité d’une solution:  a[Aa+]  + b[Bb+]   = c[Cc-]  + d[Dd-].

pH d’une solution aqueuse

La mesure électrique du pH d’une solution aqueuse à l’aide d’un pH–mètre permet d’accéder à la valeur de la concentration molaire en ions H3O+ (en mol.L-1)et, indirectement, à celle des ions OH- (en mol.L-1) avec une précision relativement limitée. pH = - log[H3O+] ou [H3O+] =10-pH

Pour toutes les solutions aqueuses, à l’état d’équilibre, le produit des concentrations molaires des ions H3O+ et OH- est constant à une température donnée.

Produit ionique : Ke = [H3O+].[OH-]. Par analogie pKe = - logKe : A 25°C, Ke= 10-14 d’où pKe  = 14. Une solution aqueuse est soit neutre, soit acide, soit basique. A température de 25°C :

  • Solution aqueuse neutre : pH =7 ; [H3O+] = [OH-] =10-7mol.L-1 ;
  • Solution aqueuse acide: : pH Ë‚ 7; [H3O+]> [OH-] ;
  • Solution aqueuse basique : PH >7; [H3O+] Ë‚ [OH-].

II.  Méthode

CONNAISSANT LE PH D’UNE SOLUTION COMMENT DEDUIRE LES CONCENTRATIONS DES  IONS H3O+ et OH- ?

Par définition,  [H3O+] = 10-pH     [H3O+] x [OH-] = Ke   

D’où : [OH-]  =ke[H3O+]= Ke.10ph

Connaissant les concentrations en ions H3O+ et OH-, en déduire le pH de la solution correspondante. On donne la concentration en ions H3O+ d’une solution aqueuse diluée. Par définition pH = - log [H3O+] = - log ke[OH-]

COMMENT CALCULER LA CONCENTRATION D’UNE ESPECE CHIMIQUE DANS UNE SOLUTION DONNEE ?

A.  Solution S de concentration C contenant l’espèce chimique X

La concentration molaire de l’espèce X est donnée par : [X] = kC. k est le coefficient stœchiométrique devant l’espèce X dans l’équation bilan de dissolution du composé.

Exemple

Concentration molaire des ions Ca2+ et Cl- dans la solution de chlorure de calcium CaCl2 de concentration C.

CaCl2            Ca2+    +    2Cl 

On a : [Ca2+]  = C   ;     [Cl-]= 2C

B.  Mélange d’une solution S1 de concentration C1 et de volume V1 contenant l’espèce chimique X avec une solution S2 de concentration C2 et de volume V2 ne contenant pas l’espèce X

La concentration molaire de l’espèce X est donnée par : [X] =kc1v1v1+v2 , k est le coefficient stœchiométrique devant l’espèce X dans l’équation bilan de dissolution du composé contenant l’espèce X.

Exemple

concentration molaire des ions Ca2+ et Cl- dans la solution obtenue en mélangeant une solution S1 de chlorure de calcium CaCl2 de concentration C1 et de volume V1 avec une solution S2 de sulfate de cuivre II CuSO4 de concentration C2 et  de volume V2.

CaCl2                    Ca2+    +   2Cl-

CuSO4                   Cu2+   +     SO42- 

Cl-=2c1v1v1+v2     ;   so42-=c2v2v1+v2

C.  Mélange d’une solution S1 de concentration C1 et de volume V1 contenant l’espèce chimique X avec une solution S2 de concentration C2 et de volume V2 contenant aussi l’espèce X

La concentration molaire de l’espèce X est donnée par : [X]=k1c1v1+k2c2v2v1+v2  k1 et k2 sont les coefficients stœchiométriques respectifs devant l’espèce X dans l’équation bilan de dissolution des deux composé.

Exemple

Concentration molaire des ions Cl- dans la solution obtenue en mélangeant une solution S1 de chlorure de calcium CaCl2 de concentration C1 et de volume V1 avec une solution S2 de chlorure de sodium NaCl de concentration C2 et  de volume V2.

CaCl2         Ca2+    +  2Cl-

NaCl        Na+   +     Cl-