Aurélie 06/10/08

chimie bac : concentration- titre- masse volumique- densité- dilution lycée

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les dix exercices suivants


Qté de matière (mol) = masse (g) / masse molaire (g/mol)
cas des gaz

Qté de matière (mol) = volume (L)/ volume molaire ( L/mol)


titre massique = concentration volumique* masse molaire
 

1 kg m-3 = 1 g L-1= 1 mg / mL

d densité par rapport à l'eau (solide ou liquide)

d=1,8 signifie un litre de ce liquide a une masse de 1,8 kg


concentration molaire en soluté apportée (mol/L) :
c0=
Quantité de matière de solide dissout (mol)
volume de la solution (L)


concentration effective d'un ion (mol/L) :

soit le solide ionique de formule An Bm dissout dans l'eau. L'édifice cristallin est détruit lors de la dissolution ; les ions sont hydratés ( entourés de molécules d'eau) et se dispersent au sein de la solution.

An Bp --> n A a+ + p Bb- avec a n = b p

La concentration effective du cation est notée : [A a+ (aq)]= n * concentration molaire en soluté apporté = n c0.

La concentration effective de l'anion est notée : [B b- (aq)]= p * concentration molaire en soluté apporté = p c0.

La solution étant électriquement neutre : a[A a+ (aq)] = b[B b- (aq)]


dilution

diluer 10 fois c'est ajouter de l'eau à une solution jusqu'à ce que le volume final soit 10 fois plus grand que le volume de départ. La concentration est alors divisée par 10.

il faut prélever à la pipette un volume v de la solution mère

les placer dans une fiole jaugée, compléter avec de l'eau distillée.

volume pipette (L)* [sol. mère] (mol L-1) =volume fiole jaugée (L)* [sol. finale] (mol L-1)

Le facteur de dilution, noté F, nombre supérieur à 1, vaut :

F=
concentration solution mère
concentration solution fille
=
volume solution fille
volume solution mère


dissolution du sulfate d'aluminium Al2(SO4)3

Une masse m=17,1 g de sulfate d'aluminium solide est dissoute dans V=250 mL d'eau. Al=27; S=32 ;O=16 gmol-1.

  1. Quelle est la masse molaire du sulfate d'aluminium ?
  2. Quels sont le titre et la concentration en soluté apporté du sulfate d'aluminium ?
  3. Quels sont les concentrations effectives des ions Al3+ et SO42-?
Vérifier que la solution est électriquement neutre.

corrigé
masse molaire du sulfate d'aluminium M =2*27 +3*(32+3*16)=342 g mol-1.

titre en sulfate d'aluminium
t =
masse du solide dissout (g)
volume de la solution (L)
=
17,1
0,25
= 68,4 g L-1.

Concentration en soluté apporté du sulfate d'aluminium :

C =
titre massique (g L-1)
Masse molaire M (g /mol)
=
68,4
342
= 0,20 mol L-1.
Al2(SO4)3 donne 2Al3+ et 3SO42-

concentration effective en ion sulfate 3 *0,2=0,6 mol L-1.

concentration effective en ion aluminium2*0,2=0,4 mol L-1.

La solution demeure électriquement neutre

3[Al3+]=2[SO42-]


d'autre données m=17,1 et V=100 .......réponses:0,5 ; 171 ; 1,5 ; 1

m=10 et V=250 ..........réponses:0,117 ; 40 ; 0,351 ;0,234


exercice 2
solution de sulfate de zinc ZnSO4.

Une solution de sulfate de zinc est obtenue en dissolvant m =32,3 g de sulfate de zinc solide dans V=250 mL d'eau. on donne Zn=65,4 ; O=16 ; S=32 g mol-1.

  1. Quelle est la masse molaire du sulfate de zinc?
  2. Quels sont le titre et la concentration en soluté apportéd u sulfate de zinc ?
  3. Quels sont les concentrations effectives des ions Zn2+ et SO42-?
  4. Vérifier que la solution est électriquement neutre.


corrigé
masse molaire du sulfate de zinc M =65,4 +32+3*16=161,4 g mol-1.

titre en sulfate de zinc
t =
masse du solide dissout (g)
volume de la solution (L)
=
32,3
0,25
= 129 g L-1.

Concentration en soluté apporté du sulfate de zinc :

C =
titre massique (g L-1)
Masse molaire M (g /mol)
=
129,2
161,4
= 0,80 mol L-1.
ZnSO4. donne 1Zn2+ et 1SO42-

concentration effective en ion sulfate 1 *0,8=0,8 mol L-1.

concentration effective en ion aluminium1*0,8=0,8 mol L-1.

La solution demeure électriquement neutre

2[Zn2+]=2[SO42-]


d'autre données m=32,3 et V=100 .......réponses:2 ; 1323 ; 2 ; 2

m=8,07 et V=250 ..........réponses:0,2 ; 32,28 ; 0,2 ;0,2




 

Web

www.chimix.com

exercice 3
mélange de 2 solutions ZnSO4 et Al2(SO4)3
On mélange V1=100 mL d'une solution de sulfate d'aluminium telle que [sulfate daluminium]=c1=0,2 mol L-1 et ..........V2 =100 mL de sulfate de zinc telle que [sulfate de zinc]=c2=0,8 mol L-1.
  1. Quelles ont les concentrations effectives des ions présents en solution après mélange.
  2. Vérifier que la solution est électriquement neutre. 


corrigé


ion Zn2+
ion Al3+
ion SO42-
Qté de matière (mol)
 

0,1*0,8=0,08 issu de la seconde solution

0,1*0,4 =0,04 issu de la première solution
0,1*0,6 =0,06 issu de la première solution

0,1*0,8=0,08 issu de la seconde solution

total =0,14

volume total du mélange litre 0,2 L
concentration mol L-1.
0,08/0,2=0,4
0,04/0,2=0,2
0,14/0,2=0,7
la solution reste électriquement neutre

2[Zn2+] +3[Al3+]=2[SO42-]


d'autre données V1=50 ;V2=100 ;C1=0,5 et C2=2 .......réponses:1,33 ;0,333 ; 1,83

V1=200 ;V2=100 ;C1=0,117 et C2=0,2 .......réponses: 0,156 ; 0,067 ; 0,3

Permanganate de potassium KMnO4 :

On veut préparer 500 mL d'une solution A aqueuse de permanganate de potassium de concentration molaire en soluté apporté c=2,0 10-2 mol/L à partir de cristaux de permanganate de potassium KMnO4(s).

  1. Quelle masse de critaux faut il utiliser ?
  2. Donner la concentration en ions permanganate dans la solution A puis dans le volume v = 10 mL.
    - Calculer la quantité d'ions permanganate présente dans ce volume v.
  3. On ajoute 10 mL d'eau distillée aux 10 mL de la solution A ; soit B la solution obtenue. Calculer la quantité d'ions permanganate présente dans la solution B.
    - Donner la concentration en ions permanganate dans la solution B.
    Données : masse atomique molaire (g/mol) K : 39,1 ; Mn : 54,9 ; O : 16.

corrigé
Masse de cristaux à peser :

Masse molaire KMnO4 : M= 39,1+54,9+4*16 = 158 g/mol.

Quantité de matière KMnO4 dans 0,5 L : concentration ( mo/L) * volume (L) = 0,02*0,5 = 0,01 mol

masse de cristaux à peser (g) : quantité de matière (mol) * masse molaire (g/mol)

m= 0,01*158 = 15,8 g ( 1,6 g : deux chiffres significatifs)

Concentration en ions permanganate dans la solution A puis dans le volume v = 10 mL :

KMnO4(s) = K+(aq) + MnO4-(aq)

la concentration effective de chaque ion est égale à la concentration en soluté apporté

[K+(aq)]=[MnO4-(aq)]=c=2,0 10-2 mol/L dans la solution A et dans le volume v.

Quantité de matière d'ion permanganate dans le volume v : 10 mL = 0,01 L

concentration (mol/L) * volume (L) = 0,02*0,01 = 2,0 10-4 mol.

Concentration en ions permanganate dans la solution B :

quantité de matière d'ion permanganate : 2 10-4 mol

volume de la solution B : 10 +10 = 20 mL = 0,02 L

[MnO4-(aq)]B= 2 10-4 /0,02 = 1,0 10-2 mol/L.



nitrate de cuivre Cu(NO3)2 et potasse KOH

On ajoute à une solution de nitrate de cuivre (Cu2+ ; 2 NO3-) un volume V de potasse ( K+ ; HO-) telle que [HO-]= 1 mol/L. On observe la formation d'un solide bleu, l'hydroxyde de cuivre II Cu(OH)2. La masse de ce solide vaut m= 2,0 g.

Cu2+ + 2 HO- = Cu(OH)2.

Quel est le volume de potasse ajouté ? Cu : 63,5 ; H : 1,0 ; O : 16 g/mol.


corrigé
Quantité de matière d'hydroxyde de cuivre II :

masse molaire Cu(OH)2 : M= 63,5+2*(16+1) = 97,5 g/mol

Quantité de matière (mol) = masse (g) / masse molaire (g/mol) = 2 / 97,5 = 0,0205 mol

Quantité de matière de potasse :

D'après les coefficients stoechiomètriques de l'équation Cu2+ + 2 HO- = Cu(OH)2, la quantité de matière d'ion hydroxyde est égale à 2 fois la quantité de matière d'hydroxyde de cuivre II : n( HO-) = 2*0,0205 = 0,041 mol ; n(potasse) = 0,041 mol.

Volume de potasse :

concentration (mol/L) = Quantité de matière (mol) / volume de la solution ( L)

d'où volume V= Quantité de matière (mol) /concentration (mol/L) = 0,041 / 1 = 0,041 L = 41 mL.


exercice 4

nitrate d'argent AgNO3 et chlorure de magnésium MgCl2

On mélange V1=10 mL d'une solution de nitrate d'argent telle que [ion argent]=c1=0,1 mol L-1 et ..........V2 =10 mL de chlorure de magnésium telle que [ion magnésium]=c2=0,1 mol L-1.

les ions argent et chlorure sont incompatibles en solution ; ils conduisent à un solide blanc le chlorure d'argent AgCl

Ag+ + Cl- donne AgCl solide

Danger!! dans le chlorure de magnésium, il y a deux ions chlorures pour un ion magnésium

  1. Quelles ont les concentrations des ions présents en solution après mélange et réaction chimique.
  2. Vérifier que la solution est électriquement neutre. 

corrigé


ion Mg2+
ion Ag+
ion Cl-
ion NO3-
Qté de matière (mmol)
 

0,1*10=1

0,1*10 =1 au départ

1 mmol disparaît

bilan : 0

2*0,1*10 =2 au départ

1 mmol disparaît

bilan : 1

0,1*10 =1
volume total du mélange litre 0,02L
concentration mol L-1.
0,001/0,02=0,05
0
0,001/0,02=0,05
0,001/0,02=0,05
la solution reste électriquement neutre

2[Mg2+] =1[Cl-]+1[NO3-]


d'autre données V1=20 ;V2=10 ;C1=0,1 et C2=0.1 .......réponses:0,033 ;0; 0 ;0,067

V1=20 ;V2=10 ;C1=0,2et C2=0,1 .......réponses: 0,033 ; 0,067 ; 0 ; 0,133


exercice 5
sur l'étiquette d'une solution commerciale , je lis.....

L'étiquette d'une solution commerciale indique :....... volume V=1L ; ammoniaque NH3 ;

pourcentage massique en NH3 :28% ; densité : d=0,95 ; masse molaire 17 gmol-1.

  1. Quelle est la concentration en soluté apporté de la solution commerciale ?
  2. On désire préparer par dilution, V1=500mL d 'une solution d'ammoniaque à 0,1 mol L-1. Quel volume de la solution commerciale faut-il prélever?

corrigé
1 L de la solution du commerce a une masse de 0,95 kg

masse d'ammoniaque dans cette solution : 0,28*0,95 =0,266 kg =266g

Quantité de matière d'ammoniaque en mol: 266 / 17 =15,6 mol


La solution finale contient 0,5*0,1 =0,05 mol d'ammoniaque

Ces 0,05 mol ont été prélévé a l'aide d'une pipette de volume V litre

à partir de la solution mére de concentration 15,6 mol L-1.

Quantité de matière d'ammoniaque prélevée : 15,6 V = 0,05

V=0,05 / 15,6=3,2 mL

 

d'autre données HCl 36,5 gmol-1 ; d=1,18 ; .35%......réponses:11,3 ; 4,4 mL

HNO3 63 gmol-1 ; d=1,33 ; 53% ....réponses:11,2 ; 4,4 7mL


exercice 6
préparer une solution par dilution.

A partir d'une solution de sulfate de nickel NiSO4 de concentration C0=0,2 mol L-1 , on désire préparer V=200 mL de solution diluée telle que C=0,01 mol L-1.

  1. Quel volume de la solution mère faut-il prélever à la pipette?

corrigé
La solution finale contient 0,2*0,01 =2 10-3 mol de sulfate de nickel

Ces 0,002 mol ont été prélévé a l'aide d'une pipette de volume V litre

à partir de la solution mére de concentration 0,2 mol L-1.

Quantité de matière de la solution mère prélevée : 0,2 V = 0,002

V=0,002 / 0,2=10 mL

 

d'autre données C0=0,1 mol L-1 ; C=2 10-3 ; .V=250mL.....réponse: 5 mL

C0=0,5 mol L-1 ; C=5 10-2; .V=100mL.....réponse: 10 mL


exercice 7
Quelle masse faut-il peser pour...

On désire préparer V=100 mL d'une solution de chlorure de cuivre (II) CuCl2 de concentration en soluté apporté C=0,1 mol L-1 .

  1. Quelle masse de chlorure de cuivre anhydre faut il peser? Cu=63,5 ; Cl=35,5 g mol-1.


corrigé
La solution finale contient 0,1*0,1 =0,01 mol de chlorure de cuivre

masse molaire du chlorure de cuivre anhydre 63,5+2*35,5=134,5 g mol-1.

masse de chlorure de cuivre solide à peser: 0,01*134,5 = 1,345 g

 

d'autre données C=0,1 mol L-1 ;.V=250mL.....réponse: 3,36 g

C=0,01 mol L-1; .V=500mL.....réponse: 0,67 g


exercice 8
ions Ag+, Pb2+, Al3+ et métaux zinc , cuivre

Une solution A de volume 1 00 mL contient les cations Ag+, Pb2+ et Al3+ aux concentrations respectives C1, C2 et C3.

Le dispositif expérimental comporte deux filtres mis en série. Sur le premier filtre on a disposé une masse connue de poudre de cuivre et sur le second une masse connue de zinc.

La solution A est versée sur le premier filtre. Puis on rince le solide restant ; le filtrat et les eaux de rinçage passent sur le deuxième filtre.

On recommence l'opération et on recueille dans le bécher inférieur l'ensemble des solutions.

Après séchage des filtres, on constate que la masse du premier a augmenté de m1 = 1,523g et celle du second de m2 = 1,399g.

La solution est traitée par NaOH sans excès puis par de l'ammoniaque concentrée. On recueille un précipité de masse m3 = 0,780 g.

  1. Que contiennent les filtrats issus des filtres successifs ? Préciser les équations bilan des réactions d'oxydoréduction observées.
  2. A l'aide des données numériques, déterminer les quantités de matière des différents ions et leurs concentrations effectives dans la solution A.
Ag=108; Pb=207; Cu=63,5, Al=27; H=1; O=16 gmol-1.


corrigé

1er filtre : Cu + 2 Ag+ ---> Cu2+ + 2Ag.

1,523/108= 0,014 mol Ag et 0,007 mol ion Cu2+.


2ème filtre : Cu2+ + Zn ---> Zn2+ + Cu.

Pb2+ + Zn ---> Zn2+ + Pb.

0,007*63,5= 0,447 g de cuivre donc 1,399-0,117= 0,951 g plomb

0,951/207=0,0046 mol ion Pb2+.


Zn2+ + 2OH- ---> Zn(OH)2 solide qui se dissout dans l'ammoniaque

Al3+ + 3OH- ---> Al(OH)3 solide

0,78/ 78= 0,01 mol ion Al3+


En divisant par le volume 0,1 L on obtient les concentrations

[Ag+]=0,14 molL-1. [Pb2+]=0,046 molL-1. [Al3+]=0,1 molL-1.


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