Les solutions aqueuses seconde : exercices corrigés (PDF)

Exercice 1

Solvant, soluté, solution

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Quiz de compréhension du cours

On verse une cuillère de poudre blanche dans un verre d'eau et on agite : la poudre ne se voit plus. Comment nomme-t-on la poudre et l'eau dans le mélange obtenu ?
La poudre est le solvant, l'eau est le soluté. La poudre et l'eau sont deux solutés. La poudre est le soluté, l'eau est le solvant.
Une solution est dite aqueuse. Que sait-on d'elle ?
Elle est forcément incolore. Son soluté est l'eau. Son solvant est l'eau.
On ajoute du bicarbonate de soude dans un verre d'eau, par petites quantités. Au bout d'un moment, le solide ajouté reste au fond du verre malgré l'agitation. Que peut-on en conclure ?
Le bicarbonate de soude a réagi avec l'eau. La concentration maximale est atteinte : la solution est saturée. L'eau n'est plus un solvant pour cette espèce.
On verse 1,0 L d'une solution aqueuse dans un bécher posé sur une balance tarée, bécher vide : elle affiche 1 040 g. Que représente le quotient 1 040 g / 1,0 L ?
La concentration en masse du soluté. La masse volumique de la solution. La concentration maximale du soluté.

Exercice 2

La bonne relation, la bonne verrerie

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Quiz : lire un quotient, choisir une pièce

Exercice 3

Le chapitre en un paragraphe

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Le cours en un texte à trous

Dans une solution, l'espèce dissoute est le et le liquide qui la dissout est le . Quand ce liquide est l'eau, la solution est dite . La concentration en masse du soluté est le quotient c_m = , où V est le volume ; elle s'exprime le plus souvent en . Pour préparer cette solution par dissolution, on pèse une masse de soluté égale à , en notant c la concentration en masse visée et V le volume de solution à préparer. Diluer, c'est ajouter du solvant sans ajouter de soluté : la concentration .

Exercice 4

La solution du laboratoire

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D'une dissolution à la concentration, puis l'inverse

Au laboratoire du lycée, on prépare une solution de bicarbonate de soude (de l’hydrogénocarbonate de sodium, une poudre blanche). On pèse $m = 15\ \text{g}$ de cette poudre, on la verse dans une fiole jaugée de $500\ \text{mL}$ avec un peu d’eau distillée, on agite jusqu’à ce que tout soit dissous, puis on complète avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge. On obtient ainsi $V = 500\ \text{mL}$ de solution, qu’on homogénéise.

Identifier le soluté et le solvant de cette solution.
Calculer la concentration en masse $c_m$ du bicarbonate de soude dans cette solution, en $\text{g}\cdot\text{L}^{-1}$ .
Une autre classe a besoin de $250\ \text{mL}$ d’une solution de la même concentration. Quelle masse de poudre faut-il peser ?

Voir le corrigé

1. Le soluté est l’espèce dissoute : c’est le bicarbonate de soude, la poudre qu’on a pesée et qu’on ne distingue plus dans la solution. Le solvant est le liquide qui dissout : c’est l’eau distillée. Comme le solvant est l’eau, la solution obtenue est une solution aqueuse.

2. La concentration en masse est la masse de soluté dissous divisée par le volume de la solution. Ce volume doit être exprimé en litres : $V = 500\ \text{mL} = 0{,}500\ \text{L}$ .

$c_m = \dfrac{m}{V} = \dfrac{15\ \text{g}}{0{,}500\ \text{L}} = 30\ \text{g}\cdot\text{L}^{-1}$

Un litre de cette solution contient donc $30\ \text{g}$ de bicarbonate de soude.

3. Cette fois, la concentration est connue et c’est la masse qu’on cherche : on écrit la même relation dans l’autre sens, avec $V' = 250\ \text{mL} = 0{,}250\ \text{L}$ .

$m' = c_m \times V' = 30\ \text{g}\cdot\text{L}^{-1} \times 0{,}250\ \text{L} = 7{,}5\ \text{g}$

Il faut peser $7{,}5\ \text{g}$ de poudre, puis la dissoudre dans une fiole jaugée de $250\ \text{mL}$ .

Astuce de vérification : $250\ \text{mL}$ est la moitié de $500\ \text{mL}$ , et $7{,}5\ \text{g}$ est bien la moitié de $15\ \text{g}$ ✓. À concentration égale, la masse de soluté est proportionnelle au volume de solution.

Je l’ai réussi (ta coche reste enregistrée sur cet appareil)

Exercice 5

Le TP de demain : une dilution

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Type contrôle, avec le document de la paillasse

Pour le TP suivant, le professeur demande de préparer $V_1 = 100{,}0\ \text{mL}$ d’une solution de bicarbonate de soude de concentration en masse $c_1 = 6{,}0\ \text{g}\cdot\text{L}^{-1}$ , à partir du flacon posé sur la paillasse. Le document ci-dessous donne l’étiquette de ce flacon et la verrerie disponible.

Lycée · laboratoire de chimie

Solution de bicarbonate de soude

hydrogénocarbonate de sodium

Concentration en masse: 30 g/L
Volume: 500 mL
Solvant: eau distillée

Solution mère - à ne pas diluer dans le flacon

Sur la paillasse

Pipettes jaugées

10,0 mL · 20,0 mL · 25,0 mL

un seul volume par pipette, délivré avec très peu d’écart

Fioles jaugées

100,0 mL · 250,0 mL

le trait de jauge donne le volume exact de la solution

Éprouvettes graduées

50 mL · 100 mL

mesure rapide, mais approchée

Béchers

100 mL · 250 mL

pour recevoir ou agiter, pas pour mesurer

Également disponibles : une propipette, une pissette d’eau distillée, une balance au centigramme et un agitateur.

Le document de l’exercice : l’étiquette du flacon et la verrerie de la paillasse. Les pièces jaugées portent un seul volume ; les pièces graduées en portent plusieurs.

Calculer le facteur de dilution $F$ entre la solution du flacon et la solution à préparer.
En déduire le volume $V_0$ de solution du flacon à prélever.
Choisir, dans la verrerie de la paillasse, la pièce qui sert au prélèvement et celle qui sert à la préparation, puis décrire la préparation en trois gestes.
Vérifier que la solution préparée a bien la concentration demandée, en comparant la masse de bicarbonate de soude prélevée et celle que doit contenir la solution demandée.

Voir le corrigé

1. La solution du flacon est la solution mère : son étiquette donne $c_0 = 30\ \text{g}\cdot\text{L}^{-1}$ . Celle qu’on prépare est la solution fille. Le facteur de dilution est le rapport des deux concentrations :

$F = \dfrac{c_0}{c_1} = \dfrac{30\ \text{g}\cdot\text{L}^{-1}}{6{,}0\ \text{g}\cdot\text{L}^{-1}} = 5{,}0$

Les deux concentrations sont dans la même unité : le facteur de dilution n’a pas d’unité. La solution du flacon doit être diluée 5 fois.

2. Diluer 5 fois, c’est répartir le soluté prélevé dans un volume 5 fois plus grand : le volume à prélever est donc le volume final divisé par le facteur de dilution.

$V_0 = \dfrac{V_1}{F} = \dfrac{100{,}0\ \text{mL}}{5{,}0} = 20{,}0\ \text{mL}$

3. Les deux volumes doivent être précis, donc on choisit de la verrerie jaugée, et la paillasse en propose justement aux bons volumes :

une pipette jaugée de $20{,}0\ \text{mL}$ , munie d’une propipette, pour prélever la solution du flacon ;
une fiole jaugée de $100{,}0\ \text{mL}$ pour préparer la solution fille.

Les trois gestes de la préparation :

prélever $20{,}0\ \text{mL}$ de la solution du flacon à la pipette jaugée, puis les verser dans la fiole jaugée ;
compléter avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge, en amenant le bas du ménisque sur le trait, l’œil à sa hauteur ;
boucher la fiole et l’homogénéiser en la retournant plusieurs fois.

4. Une dilution n’ajoute ni ne retire de soluté : on n’ajoute que de l’eau. Pour que la solution préparée ait la concentration demandée, la masse de bicarbonate de soude prélevée doit donc être égale à celle que contiennent $100{,}0\ \text{mL}$ de solution à $6{,}0\ \text{g}\cdot\text{L}^{-1}$ . On calcule les deux masses, avec $V_0 = 20{,}0\ \text{mL} = 0{,}0200\ \text{L}$ et $V_1 = 100{,}0\ \text{mL} = 0{,}1000\ \text{L}$ :

$m_0 = c_0 \times V_0 = 30\ \text{g}\cdot\text{L}^{-1} \times 0{,}0200\ \text{L} = 0{,}60\ \text{g}$

$m_1 = c_1 \times V_1 = 6{,}0\ \text{g}\cdot\text{L}^{-1} \times 0{,}1000\ \text{L} = 0{,}60\ \text{g}$

Les deux masses sont égales : tout le bicarbonate de soude prélevé se retrouve dans la fiole, qui contient donc la masse qu’il faut pour $100{,}0\ \text{mL}$ à $6{,}0\ \text{g}\cdot\text{L}^{-1}$ . La solution préparée a bien la concentration demandée.

Réflexe à retenir : dans une dilution, c’est la masse de soluté qui se conserve. Même si tu oublies la relation $c_0 \times V_0 = c_1 \times V_1$ , cette phrase te permet de la reconstruire.

Je l’ai réussi (ta coche reste enregistrée sur cet appareil)

Exercices corrigés — Les solutions aqueuses