Concentration en quantité de matière

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Classe(s) : 1re Générale | Thème(s) : La matière à l'échelle macroscopique

La concentration en masse d’un soluté en solution est une ­grandeur étudiée en classe de 2de. Par analogie, on utilisera aussi (et ­surtout !) la concentration en quantité de matière.

I Concentration en quantité de matière

On considère une solution de volume Vsolution, contenant un soluté X. La concentration en quantité de matière du soluté X est le nombre de moles de X dissous par litre de solution.

PB_Bac_05229_PhyChi1_TT_p009-040_C01_Groupe_Schema_5

La concentration en quantité de matière du soluté X peut être notée C(X) ou [X].

La concentration en masse du soluté X est définie par la relation : C01_Eqn010Cm(X)=m(X)Vsolution et m(X) = n(X) × M(X). On peut donc écrire :

Cm(X)=m(X)Vsolution=n(X)×M(X)Vsolution=n(X)Vsolution×M(X)=C(X)×M(X)

D’où la relation entre concentrations en masse et en quantité de matière :

PB_Bac_05229_PhyChi1_TT_p009-040_C01_Groupe_Schema_9

À noter

Bien que la concentration en masse Cm et la masse volumique ρ aient la même unité, il ne faut pas les confondre ! En effet : Cm(soluté)=m(soluté)Vsolutionρ(corps)=m(corps)V(corps)

II Préparer une solution par dilution ou dissolution

Réaliser une dilution, c’est ajouter du solvant à une solution. La solution initiale est dite « solution mère ». La solution finale est dite « solution fille ». Le ­volume de la solution fille sera nécessairement supérieur au volume de la solution mère. En revanche, la quantité de matière en soluté X n’est pas modifiée lors d’une dilution.

n(X)mère = n(X)fille d’où C(X)mère × Vmère = C(X)fille × Vfille

Cette relation permet de calculer la concentration d’une solution diluée.

Réaliser une dissolution, c’est dissoudre un soluté, généralement à l’état ­solide, dans un solvant pour obtenir une solution homogène.

Méthodes

1 Déterminer la concentration du soluté lors d’une dissolution

On introduit 25,0 g de glucose (C6H12O6) solide dans une fiole jaugée de 200,0 mL pour préparer une solution aqueuse. On complète jusqu’au trait de jauge avec de l’eau distillée. On obtient une solution aqueuse de glucose homogène.

a. Calculer la quantité de matière en glucose dans cette solution.

b. Calculer la concentration en quantité de matière en glucose dans cette solution.

conseils

a. Calculez d’abord la masse molaire du glucose.

b. Appliquez la définition de la concentration, mais attention aux unités !

solution

a. Masse molaire moléculaire du glucose :

M(C6H12O6)=6×M(C)+12×M(H)+6×M(O)=180,0 g mol1

n(C6H12O6)=m(C6H12O6)M(C6H12O6)=25,0180,0=0,139 mol.

b. C(C6H12O6)=n(C6H12O6)V=0,139200,0×103=0,694 mol L1.

2 Calculer la concentration d’une solution fille lors d’une dilution

Pour diluer une solution de chlorure de sodium (NaCl), de concentration en quantité de matière 5,0 × 10−1 mol · L−1, pipeter 10,0 mL et les verser dans une fiole de 250,0 mL. Compléter au trait de jauge avec de l’eau distillée et homogénéiser.

Calculer la concentration en quantité de matière de cette solution diluée.

conseils

Lors d’une dilution, il y a conservation de la ­quantité de matière en soluté.

solution

n(NaCl)mère = n(NaCl)fille, donc C(NaCl)mère × Vmère = C(NaCl)fille × Vfille.

On isole la concentration de la solution fille (la solution diluée) :

C(NaCl)fille=C(NaCl)mère×VmèreVfille=5,0×101×10,0×103250,0×103C(NaCl)fille=2,0×102 mol L1