1S Partie B Comprendre

Chapitre 3: Solvants et solutions

Compétences:
n° Descriptif de la compétence Activité ou TP concerné
51 Écrire l’équation de la réaction associée à la dissolution dans l’eau Activité 1: Mise en solution d'un solide ionique (poly)
d’un solide ionique. et Activité 2: a : Préparer une solution ionique (livre p
177)
52 Savoir qu’une solution est électriquement neutre.
53 Élaborer et réaliser un protocole de préparation d’une solution ionique TP préparation de billes alginates
de concentration donnée en ions
54 Mettre en œuvre un protocole pour extraire une espèce chimique d’un TP extraction
solvant.


Correction des activités

Activité 1: Mise en solution d'un solide ionique (compétences 51 et 52)
Le chlorure de sodium est le constituant essentiel du sel de cuisine.
Procédons à sa dissolution dans l'eau et étudions les propriétés de la solution obtenue.
Expérience 1:
• On réalise le circuit électrique schématisé ci-contre.
• On ferme le circuit. La lampe est éteinte.
• On ajoute quelques spatules de chlorure de sodium on le dissout à l'aide d'un agitateur en verre. On
observe que la lampe s'allume lors de la dissolution du sel.
• On procède ensuite aux deux tests suivants.
• Test 1 : tremper un fil de platine dans la solution puis porter le fil dans une flamme.
• Test 2: prélever quelques millilitres de la solution et les verser dans un tube à essais; y
ajouter quelques gouttes de solution de nitrate d'argent.

 Observer
La solution obtenue par dissolution du chlorure de sodium dans l'eau conduit-elle le courant
électrique? Oui, car la lampe s'allume.

 Interpréter
a. La solution obtenue par dissolution du chlorure de sodium contient-elle des ions? Oui, car les tests
sont positifs et le courant circule.
b. Quelle espèce chimique est mise en évidence par le test au nitrate d'argent ? L'ion chlorure.
c. Écrire la formule du chlorure de sodium solide. NaCl Quels ions contient-il? Les ions sodium Na+
et les ions chlorure Cl-.

Expérience 2:
• On dissout quelques cristaux de chlorure de cuivre (II) CuCl 2 (s) dans un bécher contenant environ 20 mL d'eau distillée.
• On verse quelques millilitres de la solution dans deux tubes à essais. On ajoute quelques gouttes de solution de nitrate d'argent
dans 1 des tubes, et quelques gouttes de solution d'hydroxyde de sodium dans l'autre tube.
On observe un précipité blanc dans le premier tube, et un précipité bleu dans le deuxième.
 Conclure
a. Écrire une équation traduisant la dissolution du chlorure de sodium dans l'eau à l'aide du modèle d'équation suivant:
formule du solide ionique → espèces présentes en solution.
NaCl(s)→ Na+(aq) + Cl-(aq)
b. En interprétant les tests caractéristiques de l'expérience 2, proposer une équation traduisant la dissolution du chlorure de cuivre
(II) dans l'eau en vérifiant les lois de conservation des éléments chimiques et de la charge électrique.
CuCl2(s)→ Cu2+(aq) + 2 Cl-(aq)



Activité 2: Comprendre la dissolution (compétences 51 et 52)
http://www.ostralo.net/3_animations/swf/dissolution.swf
Lancer l'animation « dissolution.swf » et observer la modélisation du comportement des molécules d'eau
lors de la dissolution d'un solide ionique (doc. 3]. Un solide ionique est un édifice globalement neutre
constitué d'ions.
Cliquer sur les onglets pour étudier la dissolution du chlorure de sodium et du chlorure de baryum dans
B3 page 1 sur 5
1S Partie B Comprendre

l'eau.
Les équations de dissolution sont :
NaCI(s) → Na+(aq) + Cl-(aq), et BaCI2(s) → Ba2+(aq) + 2 Cl-(aq)
Questions:
 Les molécules d'eau sont polaires. Pourquoi s'orientent-elles différemment à proximité d'un ion Cl- et
d'un ion Na+? Une interaction électrostatique n’est attractive qu’entre des charges de signes contraires.
Ainsi, le pôle négatif de la molécule d’eau est attiré par les cations, tandis que les anions attirent le pôle
positif de la molécule d’eau.
 Quelle particularité présente la structure du cristal ionique ? Le cristal est un arrangement ordonné
d’anions et de cations. Quel type d'interaction existe-t-il entre les ions du cristal ?Des interactions électrostatiques s’exercent entre les
ions, chargés électriquement.
 Justifier que l'eau n'apparaît pas dans l'équation de dissolution. L’eau ne subit pas de transformation chimique, ce n’est pas un
réactif.
 Le chlorure de baryum, de formule BaCl2,, est constitué d'ions chlorure Cl- et d'ions baryum Ba2+. Que traduit sa formule? Sa
formule traduit la neutralité électrique du cristal. Celle-ci est assurée par la présence de deux ions Cl - pour un ion Ba2+.

TP
TP n°1: EXTRACTION D'UNE ESPECE CHIMIQUE D'UNE SOLUTION
Objectif: Compétence 54: «Mettre en œuvre un protocole pour extraire une espèce chimique d’un solvant. ».

L'extraction d'une espèce chimique d'une solution dépend, entre autres, de la nature du solvant et de la structure de l'espèce
chimique à extraire. Comment extraire une espèce chimique d'une solution?


Situation problème:
À l'issue d'une séance de travaux pratiques, un technicien de laboratoire récupère une solution aqueuse S résultant d'un
mélange d'une solution bleue de sulfate de cuivre (II) et d'une solution rouge de rouge de méthyle.
Ces deux espèces ne subissant pas les mêmes réactions pour leur recyclage, on peut les séparer avant de les expédier au
centre de traitement des déchets.
Comment aider le technicien dans cette tâche?


I) ELABORER ET METTRE EN OEUVRE UN PROTOCOLE EXPERIMENTAL
 À l'aide des données fournies dans les deux tableaux ci-dessous, rédiger un protocole détaillé, assorti de schémas légend2s,
permettant d'obtenir, à partir de la solution S, deux solutions :
- l'une ne contenant quasiment que du sulfate de cuivre (II);
- l'autre ne contenant quasiment que du rouge de méthyle.
 Mettre en œuvre ce protocole après discussion de celui-ci avec le professeur.
 Quelle manipulation faudrait-il réaliser pour obtenir le sulfate de cuivre (II) et le rouge de méthyle à l'état solide?




II) COMPRENDRE LES SEPARATIONS REALISEES
 À partir de leurs modèles moléculaires, justifier que l'eau et l'éthanol sont des molécules
polaires, alors que le cyclohexane est apolaire.
 Expliquer pourquoi l'eau et l'éthanol sont totalement miscibles, c'est-à-dire solubles l'un
dans l'autre en toutes proportions.
 Le rouge de méthyle est peu polaire. Il est soluble dans le cyclohexane, apolaire. Quelle
hypothèse peut-on formuler à partir de cette observation ?
 Le sulfate de cuivre est un solide ionique. Comment expliquer sa grande solubilité dans atome H C O
l'eau et son insolubilité dans le cyclohexane? électronégativité 2,5 2,5 3,5
 Justifier le choix du solvant pour l'extraction du rouge de méthyle de la solution S.

III) CONCLUSION
 Quelle propriété semble devoir présenter un solvant pour réaliser la dissolution :
- d'espèces polaires;
- d'espèces non polaires;
- d'espèces ioniques?
->En réponse au problème vous devez écrire une fiche technique pour le technicien du laboratoire qui présentera:
1: le but de la manipulation, 2: la liste du matériel nécessaire, 3: les précautions d'usage, 4: le protocole expérimental...

B3 page 2 sur 5
1S Partie B Comprendre

TP 2: PREPARATION DE SOLUTION IONIQUE
Objectif:
Compétence 53: «Élaborer et réaliser un protocole de préparation d’une solution ionique de concentration donnée en ions».
Situation problème:
Cyril, apprenti cuisinier travaille chez un grand chef et veut l'impressionner avec des billes
d'alginates pour son examen. Il n’en a jamais réalisé et après maintes recherches, il trouve
de nombreuses recettes.
Il est spécifié dans l’une d’elles que « l'alginate n'est pas simple d'usage : il prend
rapidement et irréversiblement et exige donc une bonne mesure des conditions
d'emploi : sels de calcium, dureté de l'eau du robinet (sensibilité au calcaire et
carbonates), pesées...». Il est perdu face à toutes les informations qu’il peut trouver. Il est précisé que « le bain doit être
soigneusement réalisé pour un meilleur résultat permettant une prise homogène ». Il vous demande de l'aide pour la
préparation du bain de calcium car le kit vendu sur internet coûte trop cher pour lui. Il est également indiqué que: « le chlorure
de calcium, bien qu'utilisé dans le domaine de l'alimentation pour augmenter la dureté cellulaire, ne doit pas être ingéré,
il pourrait occasionner des brûlures de la bouche ou de l'œsophage. Il est irritant pour les yeux (R36). C'est pour cette
raison qu'il est très important de rincer les perles d'alginates une fois les avoir fabriquées. »
Vous devez aider Cyril l'apprenti à impressionner son chef en lui donnant un protocole détaillé de préparation de la solution de
chlorure de calcium en toute sécurité...

I° ELABORER ET METTRE EN OEUVRE UN PROTOCOLE EXPERIMENTAL
Pour aider votre ami Cyril, vous lui envoyez un email avec une pièce jointe.
Ø Le corps de l’email contiendra une liste de conseils et d'explications à propos de la sécurité, à propos de la nécessité du rinçage,
une explication sommaire de ce qui se passe au niveau des molécules, d'où l'importance de la concentration en ions calcium. (Vous
pouvez vous aider de la partie II pour rédiger cet email).
Ø La pièce jointe contiendra le protocole expérimental qui l’aidera à préparer 100mL d'une solution de concentration à 10g/L très
précise pour qu'il puisse reproduire cette expérience. (Consignes: le chef cuisinier risque de le lire, donc il est interdit d'utiliser le
tutoiement, vous devez obligatoirement utiliser l'infinitif... Vous devez aussi avoir recours à des schémas clairs et légendés…)


II° COMPRENDRE
Vous pourrez vous aider des questions suivantes pour rédiger le corps de votre email.
1) L’alginate de sodium a pour formule brute RCOONa, est-ce un solide ionique ou
moléculaire ?
2) Écrire l’équation de dissolution dans l’eau de l’alginate de sodium.
3) Justifier la solubilité dans l’eau de l’alginate de sodium.
4) Écrire l’équation de dissolution dans l’eau du chlorure de calcium CaCl2. Déduire de la
concentration en soluté apportée, les
concentrations des ions calcium et chlorure.
5) Rechercher le pictogramme de sécurité du
chlorure de calcium. Que signifie-t-il ?
Quelle(s) précaution(s) doit-on prendre ?
6) Expliquer la nécessité de rinçage des billes
d’alginates.
-


Synthèse

I Rappel: caractère polaire d'un solvant.
 solvant polaire
Un solvant polaire est un solvant constitué de molécules polaires.
Une molécule est polaire si elle comporte des liaisons polarisées.
Ex: l'eau et l'éthanol sont des solvants polaires.

 solvant apolaire
Un solvant apolaire est un solvant constitué de molécules apolaires.
Une molécule est apolaire si elle ne comporte pas de liaisons polarisées, ou si elle est symétrique.
Ex: le tétrachlorure de méthane (CCl4), le cyclohexane, les solvants dont les molécules ne comportent que les éléments C et H sont
apolaires.


B3 page 3 sur 5
1S Partie B Comprendre


II Dissolution d'un solide ionique dans un solvant polaire.
 dissolution d'un solide ionique dans l'eau
La dissolution d'un solide ionique dans l'eau se déroule schématiquement en trois étapes:
- la dissociation des ions du solide
- l'hydratation des ions
- la dispersion des ions dans la solution.

 équation de dissolution dans l'eau.
L'équation de dissolution d'un solide ionique doit respecter la conservation des éléments chimiques et des charges électriques.
Ex: CoCl2(s) → Co2+(aq) + 2Cl-(aq)

 dissolution d'un solide ionique dans un solvant polaire.
Les solides ioniques sont très solubles dans les solvants polaires.
Les ions s'entourent des molécules du solvant: ils sont solvatés.


III Dissolution d'un composé moléculaire dans un solvant
 dissolution d'un soluté polaire dans un solvant polaire.
Les solutés moléculaires polaires sont solubles dans les solvants polaires.
La solubilité est favorisée lorsque des liaisons hydrogène s'établissent entre les molécules de soluté et de solvant.

 dissolution d'un soluté apolaire dans un solvant apolaire.
Les solutés moléculaires apolaires ou peu polaires sont généralement solubles dans les solvants apolaires.


IV Concentration en solution.
 concentration molaire en soluté apporté
La concentration molaire d'une solution en soluté apporté est noté c (s). Elle est égale au quotient de la quantité de matière de soluté
n(S) par le volume Vsol de la solution:
n (S)
c(S) = avec c(s) en mol.L-1; n(S) en mol et Vsol en L.
Vsol

 concentration molaire des ions en solution
La concentration molaire d'un ion Mp+, ou Xn-, en solution est notée [Mp+] ou [Xn-]. Elle est égale au quotient de la quantité de matière
d'ions n(Mp+), ou n(Xn-), présente dans la solution par le volume Vsol de la solution:
p+ n(Mp+) n- n(Xn-)
[M ]= et [X ]= avec [Mp+] ou [Xn-] en mol.L-1; n(Mp+), ou n(Xn-) en mol et Vsol en L.
V sol V sol

Ex: le chlorure de cobalt de formule CoCl2(s) se dissout dans l'eau.
L'équation de dissolution est: CoCl2(s) → Co2+(aq) + 2Cl-(aq)
On peut déduire de cette équation
[Co2+]=c(CoCl2) et [Cl-]=2c(CoCl2)




Exercices: p191 n°s 21, 22, 23, 27, 32, 33
Ex21p191
1. Les deux atomes de la molécule ont la même électronégativité, donc la molécule est apolaire.
2. La solubilité du diiode est plus grande dans un solvant apolaire comme le cyclohexane que dans un solvant polaire comme l’eau.
3. Une molécule de diiode se polarise par influence lorsqu’elle est proche d’une entité polaire ou ionique, comme l’ion iodure.

Ex22p191
1. NaBr(s) → Na+(aq) + Br−(aq)
2. K2Cr2O7(s) → 2 K+(aq) + Cr2 (aq)
3. KMnO4(s) → K+(aq) + Mn (aq)
4. Na2S2O3(s) → 2Na+(aq) +S2 (aq)

Ex23p191


B3 page 4 sur 5
1S Partie B Comprendre

n 0,10 -1
1. c= = =0,50 mol.L
V 0,200
2. NaOH(s) → Na+(aq) +HO−(aq)
3. [Na+]=[HO−] = c
4. Peser m = n M = 4,0 g d’hydroxyde de sodium et transférer dans une fiole jaugée de 200 mL contenant un peu d’eau distillée.
Après dissolution totale, compléter au trait de jauge avec de l’eau distillée et agiter pour homogénéiser.

Ex27p191
1. La quantité de matière présent dans la solution est n = c V soit n= 0,02 mol.
La masse molaire du nitrate de cuivre étant M = 187,5 g·mol−1, la masse pesée doit être m = n M = 3,75 g.
La masse pesée est donc fausse.
2. Le bécher n’est pas un instrument de mesure mais un récipient : sa graduation n’est pas précise. Il aurait dû transvaser le solide pesé
dans une fiole jaugée.
De plus il ajoute directement l’eau jusqu’au trait de jauge, il faut d’abord compléter à moitié puis homogénéiser.
L’agitation n’est pas nécessaire voire même à bannir car cela favorise la formation de bulles.
3. L’équation de dissolution est :Cu(NO3)2(s) → Cu2+ (aq) + 2 NO3−(aq),
donc [Cu2+] = c et [NO3−] = 2 c.
Sa réponse est fausse.

Ex32p193

1. La masse de sel est constante car il ne s’évapore pas ; le volume du solvant diminue par évaporation. Les concentrations des ions
augmentent donc dans les partènements.
2. Lorsqu’une solution est saturée, des cristaux apparaissent.
3. Na+, Cl−,SO42− , Mg2+, Ca2+, K+.
4. a. NaCl ; Na2SO4 ; MgCl2 ; MgSO4 ; CaCl2 ; CaSO4 ; KCl ; K2SO4.
b. NaCl(s) → Na+(aq) + Cl−(aq).
Na2SO4(s) → 2 Na+(aq) + SO42− (aq).
MgCl2(s) → Mg2+(aq) + 2 Cl−(aq).
MgSO4(s) → Mg2+(aq) + SO42− (aq).
CaCl2(s) → Ca2+(aq) + 2 Cl−(aq).
CaSO4(s) → Ca2+(aq) + SO42− (aq).
KCl(s) → K+(aq) + Cl−(aq).
K2SO4(s) → 2 K+(aq) + SO42− (aq).
5. a. m(NaCl) = 0,86 × cm,sel x V = 30 g.
6. cm,NaCl = 30 g·L−1 et cNaCl = cm,NaCl/M(NaCl) = 5,1x10−1mol·L−1.

Ex33p193




B3 page 5 sur 5