Karamö, le prof virtuelLeçon 4 sur 16
Les solutions
Je sais décrire une solution (soluté, solvant), calculer sa concentration massique et reconnaître une solution saturée.
- 45 min
- 5 exercices corrigés
- 2 schémas
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Définir solution, soluté, solvant et dissolution
- Calculer une concentration massique C = m / V
- Préparer une solution et réaliser une dilution simple
- Définir la saturation et la solubilité
Avant de commencer : Mélanges homogènes et corps purs (leçons précédentes), mesure d'une masse (balance) et d'un volume (éprouvette graduée).
1Je découvre
Pendant la saison chaude, à Kouroussa, Hawa prépare de l'eau sucrée pour les enfants de la famille. Elle verse deux cuillerées de sucre dans un litre d'eau et remue : le sucre disparaît. Son petit frère Lansana en goûte : « Pas assez sucré ! » Elle ajoute encore du sucre. Sa grand-mère, elle, prépare pour le malade de la famille une solution de réhydratation avec du sucre et du sel, en respectant des quantités précises données par l'agent de santé.
Hawa se pose des questions. Où est passé le sucre ? Peut-on en ajouter autant qu'on veut ? Et comment dire précisément si une eau est « très » ou « peu » sucrée, pour que tout le monde prépare la même boisson ?
Qu'est-ce qu'une solution, et comment mesurer la quantité de produit dissous ?
2Je comprends
1. Solution, soluté et solvant
Quand on met du sucre dans l'eau et qu'on remue, le sucre se disperse en particules si petites qu'on ne les voit plus : c'est la dissolution. On obtient un mélange homogène.
Une solution est un mélange homogène obtenu en dissolvant une substance dans une autre.
- Le soluté est la substance que l'on dissout (sucre, sel, permanganate…). Il peut être solide, liquide ou gazeux.
- Le solvant est le liquide dans lequel on dissout (le plus souvent l'eau).
Quand le solvant est l'eau, on parle de solution aqueuse. L'eau sucrée, l'eau salée, le vinaigre, les boissons gazeuses (du dioxyde de carbone dissous) sont des solutions aqueuses.
Un soluté qui se dissout dans un solvant est dit soluble (le sel dans l'eau). Une substance qui ne se dissout pas est insoluble (le sable dans l'eau, l'huile dans l'eau).
Le soluté n'a pas disparu : la solution est plus lourde que l'eau de départ. Si l'on dissout 20 g de sel dans 500 g d'eau, la masse de la solution est 500 + 20 = 520 g. Et en évaporant l'eau, on retrouve le sel.
2. La concentration massique
Pour dire précisément si une solution est « forte » ou « faible », on utilise la concentration massique : c'est la masse de soluté dissoute dans un litre de solution.
C = mV
- m : masse de soluté, en grammes (g) ;
- V : volume de la solution, en litres (L) ;
- C : concentration massique, en grammes par litre (g/L).
Plus C est grande, plus la solution est concentrée. Plus C est petite, plus elle est diluée.
On peut aussi calculer :
- la masse de soluté à dissoudre : m = C × V ;
- le volume de solution : V = mC.
Rappel des conversions : 1 L = 1 000 mL ; 250 mL = 0,25 L.
Méthode
Pour calculer une concentration massique :
- Je relève la masse m de soluté, en grammes.
- Je relève le volume V de la solution et je le convertis en litres.
- J'applique C = m / V.
- J'écris le résultat avec l'unité g/L et je vérifie qu'il est raisonnable.
Exemple
Hawa dissout 50 g de sucre dans de l'eau et complète jusqu'à 2 L de solution. Quelle est la concentration massique ?
m = 50 g ; V = 2 L.
C = m / V = 50 / 2 = 25 g/L.
Chaque litre de cette eau sucrée contient 25 g de sucre.
Exemple
Quelle masse de sel faut-il pour préparer 250 mL d'eau salée à 12 g/L ?
V = 250 mL = 0,25 L ; C = 12 g/L.
m = C × V = 12 × 0,25 = 3 g.
Il faut peser 3 g de sel, les mettre dans une fiole et compléter avec de l'eau jusqu'au trait de 250 mL.
3. Préparer une solution
Pour préparer une solution de concentration précise, on procède ainsi :
- 1Calculer la masse de soluté : m = C × V
- 2Peser cette masse sur une balance, dans une coupelle
- 3Verser le soluté dans une fiole jaugée avec un entonnoir
- 4Ajouter de l'eau jusqu'à la moitié environ et agiter pour dissoudre
- 5Compléter avec de l'eau jusqu'au trait de jauge, puis boucher et retourner
4. Diluer une solution
Diluer, c'est ajouter du solvant (de l'eau) à une solution. La masse de soluté ne change pas, mais le volume augmente : la concentration diminue.
Exemple
Sékou a 0,5 L de jus de bissap concentré à 80 g/L de sucre. Il ajoute de l'eau jusqu'à obtenir 2 L. Quelle est la nouvelle concentration ?
Masse de sucre (inchangée) : m = C × V = 80 × 0,5 = 40 g.
Nouveau volume : 2 L.
Nouvelle concentration : C' = 40 / 2 = 20 g/L.
Le volume a été multiplié par 4, la concentration a été divisée par 4.
5. La saturation et la solubilité
Peut-on dissoudre autant de sel que l'on veut dans un verre d'eau ? Non. Si l'on ajoute du sel petit à petit en agitant, il arrive un moment où le sel ne se dissout plus : il reste au fond. La solution est alors saturée.
Une solution saturée est une solution qui ne peut plus dissoudre de soluté (à une température donnée). Le soluté en excès reste solide au fond.
La solubilité d'un soluté est la masse maximale de ce soluté que l'on peut dissoudre dans un litre de solvant, à une température donnée. Pour le sel de cuisine dans l'eau à 20 °C, elle est d'environ 360 g par litre d'eau.
La solubilité dépend de la température : pour la plupart des solides, elle augmente quand l'eau est plus chaude. C'est pourquoi le sucre se dissout plus facilement dans le thé chaud que dans l'eau froide. Pour les gaz, c'est l'inverse : une boisson gazeuse chaude perd plus vite son gaz.
- Le soluté ajouté se dissout encore
- Concentration inférieure à la solubilité
- Un seul aspect, homogène
- Le soluté ajouté reste au fond
- Concentration égale à la solubilité
- Solution + dépôt solide au fond
Agiter ou chauffer accélère la dissolution ; réduire le soluté en poudre aussi. Mais agiter ne permet pas de dépasser la solubilité.
3Je retiens
Je retiens
Solution : mélange homogène obtenu en dissolvant un soluté dans un solvant.
Soluté : substance dissoute ; solvant : liquide qui dissout (eau pour une solution aqueuse).
Concentration massique : C = m / V, en g/L (m en g, V en L).
m = C × V ; V = m / C.
Diluer : ajouter du solvant ; la masse de soluté ne change pas, la concentration diminue.
Solution saturée : elle ne peut plus dissoudre de soluté ; l'excès reste au fond.
Solubilité : masse maximale de soluté dissoute par litre de solvant ; elle dépend de la température.
4Erreurs fréquentes
- Oublier de convertir le volume en litres : 500 mL = 0,5 L, et non 500 L.
- Croire que le soluté a disparu : il est toujours là, dispersé ; on le retrouve par évaporation, et la masse de la solution augmente.
- Penser que diluer enlève du soluté : on ajoute seulement de l'eau, la masse de soluté reste la même.
- Confondre soluble et fondu : le sucre ne « fond » pas dans l'eau, il se dissout. La fusion est le passage d'un solide à l'état liquide sous l'effet de la chaleur.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Dans une eau salée, indique le soluté et le solvant. Même question pour une boisson gazeuse (eau sucrée avec du dioxyde de carbone dissous).
Voir le corrigéCacher le corrigé
Eau salée : le soluté est le sel, le solvant est l'eau. Boisson gazeuse : les solutés sont le sucre et le dioxyde de carbone (un gaz), le solvant est l'eau.
2Exercice 2
On dissout 30 g de sel dans de l'eau pour obtenir 1,5 L de solution. Calcule la concentration massique.
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m = 30 g ; V = 1,5 L. C = mV = 301,5 = 20 g/L.
3Exercice 3
Fatoumata veut préparer 500 mL d'eau sucrée à 40 g/L. Quelle masse de sucre doit-elle peser ? Décris les étapes de la préparation.
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V = 500 mL = 0,5 L. m = C × V = 40 × 0,5 = 20 g. Elle pèse 20 g de sucre, les verse dans une fiole jaugée de 500 mL, ajoute de l'eau jusqu'à la moitié, agite pour dissoudre, complète jusqu'au trait de jauge, puis bouche et retourne la fiole pour homogénéiser.
4Exercice 4
Une solution de 200 mL contient du sel à 50 g/L. On lui ajoute de l'eau jusqu'à 1 L.
a) Quelle est la masse de sel dans la solution ?
b) Calcule la nouvelle concentration.
c) Comment appelle-t-on cette opération ?
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a) V = 200 mL = 0,2 L. m = C × V = 50 × 0,2 = 10 g de sel.
b) La masse de sel ne change pas : C' = 101 = 10 g/L.
c) C'est une dilution (le volume est multiplié par 5, la concentration est divisée par 5).
5Exercice 5
(Synthèse) Alpha ajoute du sel, cuillerée par cuillerée, dans 100 mL d'eau à 20 °C en agitant. Après un certain nombre de cuillerées, le sel reste au fond.
a) Comment appelle-t-on la solution obtenue ?
b) En utilisant une solubilité d'environ 360 g par litre d'eau, estime la masse maximale de sel qu'il peut dissoudre dans 100 mL d'eau.
c) Alpha chauffe la solution. Que peut-il se passer pour le sel déposé au fond ? Pourquoi ?
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a) C'est une solution saturée : elle ne peut plus dissoudre de sel à cette température.
b) 100 mL = 0,1 L d'eau. Masse maximale ≈ 360 × 0,1 = 36 g de sel environ.
c) Une partie du sel déposé peut se dissoudre, car la solubilité du sel augmente (légèrement) quand la température augmente.
Cherche d’abord seul, sur ton cahier, puis ouvre le corrigé pour comparer.
6Je vérifie
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