Karamö, le prof virtuelLeçon 12 sur 16
Préparation d'une solution
Je sais préparer au laboratoire une solution de concentration donnée, soit par dissolution d'un solide, soit par dilution d'une solution plus concentrée, en calculant ce qu'il faut peser ou prélever.
- 55 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Calculer la masse de solide à peser pour préparer une solution par dissolution
- Décrire le protocole de dissolution avec la fiole jaugée
- Utiliser la conservation de la quantité de matière lors d'une dilution (C₀V₀ = C₁V₁) et le facteur de dilution
- Décrire le protocole de dilution avec la pipette jaugée et la fiole jaugée
Avant de commencer : La leçon « Concentration d'une solution » (Cₘ = m/V, C = n/V, Cₘ = C × M) et la leçon « Quantité de matière » (masse molaire).
1Je découvre
Au laboratoire du lycée de Labé, le professeur a besoin, pour le lendemain, de 250 mL d'une solution de chlorure de sodium à 0,10 mol/L et de 100 mL d'une solution de sulfate de cuivre dix fois moins concentrée que celle du flacon posé sur l'étagère. Il confie la mission à Sékou et Kadiatou.
Sékou propose de mettre « une cuillère de sel dans un verre d'eau ». Kadiatou fait remarquer qu'une cuillère ne donne pas une masse précise et qu'un verre n'a pas un volume précis. Pour le sulfate de cuivre, Sékou veut verser un peu de la solution bleue dans un bécher et « rajouter de l'eau jusqu'à ce que la couleur soit plus claire ». Kadiatou n'est pas d'accord non plus : « Comment saura-t-on qu'elle est exactement dix fois moins concentrée ? »
Ils ouvrent l'armoire et y trouvent une balance électronique, des fioles jaugées, des pipettes jaugées et une propipette.
Comment préparer une solution de concentration exactement connue, à partir d'un solide ou d'une solution plus concentrée ?
2Je comprends
1. Le matériel de précision
| Matériel | Usage | Précision |
|---|---|---|
| Balance électronique (au 0,01 g) | peser le solide | bonne |
| Fiole jaugée (50, 100, 250, 500 mL…) | contenir un volume exact de solution | très bonne |
| Pipette jaugée (5, 10, 20 mL…) + propipette | prélever un volume exact de liquide | très bonne |
| Éprouvette graduée | mesurer un volume approximatif | moyenne |
| Bécher, erlenmeyer | contenir, mélanger | aucune (graduations indicatives) |
Une fiole jaugée porte un trait de jauge sur son col : quand le bas du ménisque (surface courbe du liquide) est sur le trait, la fiole contient exactement le volume indiqué. On lit le trait à hauteur des yeux. Une pipette jaugée fonctionne de la même façon ; on la remplit avec une propipette (poire), jamais à la bouche.
2. Préparer une solution par dissolution d'un solide
Calcul préalable. Pour préparer un volume V de solution de concentration molaire C d'un solide de masse molaire M, il faut peser :
m = n × M = C × V × M (ou, si l'on connaît Cm : m = Cm × V).
Exemple
250 mL de chlorure de sodium à 0,10 mol/L.
n = C × V = 0,10 × 0,250 = 0,025 mol.
M(NaCl) = 58,5 g/mol.
m = n × M = 0,025 × 58,5 = 1,4625 g, soit 1,46 g à la balance au centième.
Protocole.
- 1Peser la masse m de solide dans une coupelle (ou un verre de montre) posée sur la balance tarée.
- 2Verser le solide dans une fiole jaugée de volume V avec un entonnoir ; rincer la coupelle et l'entonnoir à l'eau distillée au-dessus de la fiole.
- 3Remplir la fiole aux deux tiers environ avec de l'eau distillée, boucher et agiter jusqu'à dissolution complète.
- 4Compléter avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge, en finissant goutte à goutte avec une pipette simple.
- 5Boucher et retourner plusieurs fois la fiole pour homogénéiser la solution.
Pourquoi rincer la coupelle et l'entonnoir ? Pour que tout le solide pesé se retrouve dans la fiole ; sinon, la concentration serait plus faible que prévu. Pourquoi ne pas remplir directement jusqu'au trait ? Parce qu'on dissout plus facilement dans une fiole pas encore pleine, et que le volume final doit être celui de la solution, pas celui de l'eau ajoutée.
3. Préparer une solution par dilution
Diluer, c'est ajouter du solvant à une solution pour diminuer sa concentration. La solution de départ, plus concentrée, s'appelle la solution mère (concentration C0) ; la solution obtenue est la solution fille (concentration C1, volume V1).
Principe : la quantité de soluté se conserve. On prélève un volume V0 de solution mère ; il contient n = C0 × V0 mol de soluté. On ajoute de l'eau : cette quantité ne change pas, mais elle est maintenant répartie dans le volume V1. D'où :
C0 × V0 = C1 × V1, donc V0 = C1 × V1C0.
Le facteur de dilution est F = C0C1 = V1V0 (toujours supérieur à 1). « Diluer 10 fois », c'est obtenir C1 = C010 : par exemple, prélever 10 mL de solution mère et compléter à 100 mL.
Exemple
Diluer dix fois le sulfate de cuivre.
Solution mère : C₀ = 0,50 mol/L. On veut V₁ = 100 mL de solution fille dix fois moins concentrée.
C₁ = C₀ / 10 = 0,050 mol/L.
V₀ = C₁ × V₁ / C₀ = 0,050 × 100 / 0,50 = 10 mL (les volumes peuvent rester en mL car ils sont dans les deux membres).
Vérification avec le facteur : F = V₁ / V₀ = 100 / 10 = 10.
Matériel : une pipette jaugée de 10 mL et une fiole jaugée de 100 mL.
Protocole.
- 1Verser un peu de solution mère dans un bécher propre (on ne pipette jamais directement dans le flacon).
- 2Prélever exactement V₀ avec une pipette jaugée munie d'une propipette, en ajustant le ménisque au trait.
- 3Verser ce volume dans une fiole jaugée de volume V₁.
- 4Ajouter de l'eau distillée aux deux tiers, boucher, agiter.
- 5Compléter jusqu'au trait de jauge, boucher et retourner plusieurs fois pour homogénéiser.
Méthode
Pour préparer une solution de concentration donnée :
- Je repère la méthode : à partir d'un solide → dissolution ; à partir d'une solution plus concentrée → dilution.
- Dissolution : je calcule m = C × V × M (V en litres) et je choisis une fiole jaugée de volume V.
- Dilution : j'écris C₀V₀ = C₁V₁, je calcule V₀ et je choisis une pipette jaugée de volume V₀ et une fiole jaugée de volume V₁.
- Je rédige le protocole dans l'ordre : peser ou prélever, transférer, dissoudre ou ajouter de l'eau, ajuster au trait, homogénéiser.
- Je vérifie que la concentration fille est bien plus petite que la concentration mère (F > 1).
4. Préparer une échelle de teintes
Avec plusieurs dilutions d'une même solution colorée, on obtient une échelle de teintes : des tubes de plus en plus clairs, de concentrations connues. En comparant la couleur d'une solution inconnue à cette échelle, on encadre sa concentration. C'est une méthode simple, utilisable même dans un petit laboratoire, pour estimer par exemple la concentration d'une solution de sulfate de cuivre ou de permanganate de potassium.
5. Règles de sécurité
- Porter une blouse et des lunettes ; ne jamais goûter ni sentir directement un produit.
- Pipeter toujours avec une propipette.
- Pour diluer un acide concentré, on verse l'acide dans l'eau, lentement, et jamais l'eau dans l'acide : la dilution dégage beaucoup de chaleur et des projections peuvent se produire.
- Étiqueter chaque solution préparée : nom, concentration, date.
3Je retiens
Je retiens
Dissolution : m = C × V × M (ou m = Cₘ × V) ; peser, transférer dans la fiole jaugée, rincer, dissoudre, compléter au trait, homogénéiser.
Dilution : la quantité de soluté se conserve : C₀V₀ = C₁V₁.
Volume de solution mère à prélever : V₀ = C₁V₁ / C₀.
Facteur de dilution : F = C₀ / C₁ = V₁ / V₀ (> 1).
Matériel de précision : balance, fiole jaugée, pipette jaugée + propipette.
Ajuster le bas du ménisque au trait de jauge, à hauteur des yeux.
Diluer un acide : verser l'acide dans l'eau, jamais l'inverse.
4Erreurs fréquentes
- Mesurer V avec un bécher ou verser V d'eau sur le solide : le volume final de la solution doit être exactement V, d'où la fiole jaugée remplie jusqu'au trait.
- Oublier de convertir V en litres dans m = C × V × M : pour 250 mL, on utilise 0,250 L.
- Inverser C₀ et C₁ dans la formule de dilution : on trouve alors un volume à prélever plus grand que le volume final, ce qui est impossible.
- Croire qu'une dilution change la quantité de soluté : elle change seulement la concentration.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Quelle masse de solide faut-il peser pour préparer :
a) 100 mL de solution de chlorure de potassium KCl à 0,20 mol/L (K : 39 ; Cl : 35,5 g/mol) ?
b) 500 mL de solution de glucose à 20 g/L ?
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a) M(KCl) = 39 + 35,5 = 74,5 g/mol. n = 0,20 × 0,100 = 0,020 mol ; m = 0,020 × 74,5 = 1,49 g.
b) m = Cm × V = 20 × 0,500 = 10 g de glucose.
2Exercice 2
On dispose d'une solution mère d'acide chlorhydrique à C0 = 1,0 mol/L. On veut préparer 100 mL de solution à C1 = 0,050 mol/L.
a) Calcule le facteur de dilution.
b) Calcule le volume de solution mère à prélever.
c) Nomme la verrerie utilisée.
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a) F = C0C1 = 1,00,050 = 20.
b) V0 = V1F = 10020 = 5,0 mL (ou V0 = C1V1C0 = 0,050 × 1001,0 = 5,0 mL).
c) Un bécher pour la solution mère, une pipette jaugée de 5 mL avec une propipette, une fiole jaugée de 100 mL, une pissette d'eau distillée.
3Exercice 3
Mariama prélève 20 mL d'une solution de sucre à 0,30 mol/L et les verse dans une fiole jaugée de 250 mL qu'elle complète au trait avec de l'eau distillée.
a) Calcule la concentration de la solution obtenue.
b) Calcule la quantité de sucre contenue dans la fiole. Compare-la à celle des 20 mL prélevés.
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a) C1 = C0 V0V1 = 0,30 × 20250 = 0,024 mol/L.
b) n = C1 × V1 = 0,024 × 0,250 = 6,0 × 10-3 mol. Dans les 20 mL prélevés : n = 0,30 × 0,020 = 6,0 × 10-3 mol. Les deux quantités sont égales : la dilution conserve la quantité de soluté.
4Exercice 4
Remets dans l'ordre les étapes de la préparation d'une solution par dissolution : A. compléter au trait de jauge ; B. peser le solide ; C. homogénéiser ; D. introduire le solide dans la fiole et rincer ; E. remplir aux deux tiers et agiter jusqu'à dissolution.
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Ordre : B – D – E – A – C (peser ; introduire et rincer ; remplir aux deux tiers et dissoudre ; compléter au trait ; homogénéiser).
5Exercice 5
(Synthèse) On veut préparer 250 mL d'une solution de sulfate de cuivre II à 0,10 mol/L à partir de cristaux bleus de sulfate de cuivre pentahydraté, de formule CuSO4, 5H2O (chaque motif contient 5 molécules d'eau). Données : Cu 63,5 ; S 32 ; O 16 ; H 1 g/mol.
a) Calcule la masse molaire des cristaux.
b) Calcule la masse de cristaux à peser.
c) À partir de cette solution, on veut obtenir 50 mL de solution à 0,020 mol/L. Calcule le volume à prélever et le facteur de dilution.
d) Calcule [Cu2+] et [SO42-] dans la solution diluée.
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) M = 63,5 + 32 + 4 × 16 + 5 × (2 × 1 + 16) = 63,5 + 32 + 64 + 90 = 249,5 g/mol.
b) n = C × V = 0,10 × 0,250 = 0,025 mol ; m = 0,025 × 249,5 ≈ 6,24 g. (Si on avait oublié l'eau des cristaux, on aurait pesé trop peu de sulfate de cuivre.)
c) V0 = C1V1C0 = 0,020 × 500,10 = 10 mL ; F = 0,100,020 = 5.
d) CuSO4 → Cu2+(aq) + SO42-(aq) : [Cu2+] = [SO42-] = 0,020 mol/L.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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