La préparation de solutions

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Fiches
Classe(s) : 1re STL | Thème(s) : Les solvants et les solutés

A La masse volumique et la densité

La masse volumique d’un corps, notée ρ, est la masse d’une unité de volume de ce corps. Elle s’exprime en kg.m–3 dans le système international, mais on emploie surtout l’unité g.cm–3au laboratoire. Elle se calcule en effectuant le rapport de sa masse par son volume :

Remarque

Ainsi on peut écrire m = ρ × V.

Image dont le contenu est 	ρ : masse volumique du corps en kg.m–3 ou en g.cm–3 ou g.ml–1ρ=mV	m : masse du corps en kg ou en g 	V : volume du corps en m3 ou en cm3 (ou ml); Fin de l'image

La densité d’un liquide par rapport à l’eau, est le rapport de la masse volumique de ce liquide par celle de l’eau dans les mêmes conditions de pression et de température :

Image dont le contenu est 	d : densité du liquide (sans unité)d=ρliqρeau 	ρliq : masse volumique du liquide en kg.m–3 ou en g.cm–3	ρeau : masse volumique de l’eau en kg.m–3 ou en g.cm–3; Fin de l'image

La densité a donc la même valeur que la masse volumique exprimée en g.cm–3 ou en g.mL–1.

EXEMPLE

La densité de l’éthanol pur est d = 0,79. Sa masse volumique vaut donc ρ = 0,79 g.ml–1.

La masse d’alcool contenue dans 90 ml d’éthanol pur est m = ρ × V = 0,79 × 90 = 71 g.

B La pureté

Un liquide ou un solide ne contient pas forcément qu’une seule espèce chimique : des impuretés ont pu être introduites. La pureté s’exprime en pourcentage. Ainsi, dire qu’un liquide contient de l’acide sulfurique ayant une pureté de 98 %, signifie que dans 1,0 kg de ce liquide, il y a 0,98 kg d’acide sulfurique.

C Les quantités de matière

On considère un échantillon de masse m d’une espèce chimique de masse molaire M. La quantité de matière n de cette espèce chimique est donnée par la relation générale :

Image dont le contenu est 	n : quantité de matière de l’espèce X en moln=mM	m : masse de l’espèce chimique en g	M : masse molaire de l’espèce chimique en g.mol–1; Fin de l'image

EXEMPLE

La quantité de matière de sodium, contenue dans une masse mNa = 15 g de ce métal, est nNamNaM(Na) soit avec M(Na) = 23,0 g.mol–1, nNa1523,0 = 0,65 mol.

Remarque

Si le solide ou le liquide n’est pas pur, il faut d’abord déterminer la masse de l’espèce contenue dans le solide ou le liquide proposé, en utilisant la pureté.

D La concentration molaire C

La concentration molaire C d’une espèce chimique en solution est la quantité de matière de l’espèce chimique contenue par litre de solution. C’est le rapport de la quantité de matière de l’espèce chimique par le volume de solution. Elle s’exprime en mol.L–1.

Image dont le contenu est 	n : quantité de matière de l’espèce chimique en mole (mol)C = nV	V : volume de la solution en litre (L)	C : concentration molaire de l’espèce en solution en mole par litre (mol.L–1); Fin de l'image

Remarque

Il est souvent nécessaire de faire un calcul préalable de quantité de matière pour pouvoir déterminer la concentration molaire des solutions. La concentration molaire et la concentration massique sont liées par la formule : Cm = C × M, où M est la masse molaire de l’espèce considérée.

E La dilution d’une solution aqueuse

Il est possible d’obtenir une solution aqueuse d’une espèce chimique de concentration donnée à partir d’une solution contenant la même espèce mais ayant une concentration plus importante.

La solution la plus concentrée s’appelle la solution mère et la solution diluée est la solution fille. Pour déterminer le volume de solution mère à prélever, on utilise la relation : Cfille × Vfille = Cre × Vmère :

Cfille est la concentration de la solution diluée.

Cmère est la concentration de la solution mère.

Vfille est le volume final de la solution diluée.

Vmère est le volume à prélever de la solution mère.

Pour préparer une solution aqueuse de concentration précise par dilution, il faut utiliser de la verrerie jaugée. Le mode opératoire est le suivant :

rincer la pipette jaugée avec la solution mère ;

prélever le volume de solution mère avec la pipette jaugée munie d’une propipette ;

introduire le volume de solution mère dans une fiole jaugée (ayant le volume approprié) propre et remplie à moitié avec de l’eau distillée ou déminéralisée ;

compléter la fiole jaugée jusqu’au trait de jauge avec de l’eau déminéralisée. Homogé­néiser.