I ? Solide ionique - Free

Cours II : Les solutions électrolytiques I - Solide ionique (ou cristal ionique) 1 - Définitions
Un solide ionique est un solide composé d'ions. Il est électriquement
neutre : les charges négatives des anions et les charges positives des
cations se compensent exactement.
Contrairement aux métaux, les solides ioniques sont des isolants
électriques.
Dans un solide ionique cristallin ou cristal ionique, les anions et les
cations sont disposés de façon ordonnée dans l'espace. Formules des solides ioniques :
- Les charges des ions n'apparaissent pas
- On colle les symboles de l'anion et du cation en commençant par le
symbole du cation
- Un solide ionique est électriquement neutre. On équilibre les charges en
plaçant les coefficients en indice (c'est à dire en bas à droite du
symbole de l'ion) Noms des solides ioniques :
- On cite toujours le nom de l'anion en premier puis le nom du cation. Exemples :
chlorure de sodium : NaCl Fluorure d'aluminium : AlF3
Fluorure de calcium : CaF2 SrCl2 : chlorure de strontium formé
des ions Cl- et Sr2+
sulfure de sodium : Na2S 2 - Cohésion
Dans un solide ionique, il existe entre les ions des forces d'interactions
électrostatiques (ou interactions coulombiennes). Ces forces sont
attractives entre un ion et ses plus proches voisins, d'où la grande
cohésion du cristal.
II - Molécules polaires 1 - Définitions Une molécule est un assemblage d'atomes électriquement neutre. Les atomes
sont reliés entre eux par des liaisons covalentes formées de doublets
d'électrons.
Ces liaisons covalentes sont polarisées si le doublet d'électrons qui forme
la liaison est plus attiré par un des deux atomes liés. Cet atome est plus
électronégatif que l'autre.
Dans la classification périodique, l'électronégativité augmente de gauche à
droite et de bas en haut : Les atomes formant une liaison polarisée portent des charges partielles : (-
pour l'atome le plus électronégatif, (+ pour l'autre.
Une molécule est dipolaire :
- Si elle présente au moins une liaison covalente polarisée
- Si sa géométrie est elle que le barycentre des charges partielles
positives ne coïncide pas avec le barycentre des charges partielles
négatives.
La molécule constitue alors un dipôle électrique permanent.
2 - Exemples La molécule de chlorure d'hydrogène : H Cl (Cl est plus
électronégatif que H)
La molécule d'eau : (O est plus
électronégatif que H) Autres molécules polaires : NH3, H2SO4, C2H6O III - Solutions électrolytiques 1 - Définition
Une solution aqueuse électrolytique peut-être obtenue par dissolution d'un
électrolyte (solide ionique ou molécule dipolaire) dans l'eau.
Cette solution conduit le courant électrique :
Expérience : electrolyse d'une solution de chlorure de sodium
(mettre d'abord de l'eau distillée puis ajouter petit à petit le sel)
La dissolution d'un composé dans l'eau ne conduit pas toujours à une
solution électrolytique. Ex :Activité p 34 + TP 2 - Dissolution
Elle se fait en 3 étapes.
- La dissociation : le cristal ionique ou la molécule dipolaire se
dissocient et forment des ions en solution.
- La solvatation : L'eau, molécule dipolaire, est un solvant. Par
attraction électrostatique (ou coulombienne) les ions passés en solution
s 'entourent de solvant. Ces ions sont solvatés ou hydratés ; ils ne
peuvent plus formé de liaisons entre eux. Remarque : cas particulier du proton
Lors de la solvatation, il se forme une véritable liaison covalente entre
le proton H+ et la molécule d'eau H2O quit conduit à la formation du
cation oxonium : H3O+ lui-même hydraté.
Le proton H+ solvaté peut être noté H+(aq) ou H3O+ ou H3O+(aq).
- La dispersion : les ions solvaltés se dispersent dans la solution jusqu'à
ce que celle-ci devienne homogène. Remarque : Les électrolytes ne peuvent pas se dissoudre indéfiniment dans
une même quantité d'eau. La solution est saturée. La solubilité est la
quantité maximale d'électrolyte que l'on peut dissoudre. Elle dépend du
solvant et de la température et s'exprime en g.L-1. 3 - Equation chimique de la dissolution
La dissolution est une transformation chimique qu'on modélise par un
équation. Le solvant n'apparaît pas dans l'équation. On indique l'état des
éléments de l'équation : solide (s), liquide (l), gaz (g) ou solvaté (aq). Mise en solution du solide ionique NaCl (chlorure de sodium) :
Expérience 1 : Vérification du passage du courant dans une solution de
NaCl (électrolyseur + amperemètre)
NaCl(s) ( Na+(aq) + Cl-(aq) Mise en solution du gaz HCl (chlorure d'hydrogène) :
Expérience 2 : TP
HCl(g) ( H+(aq) + Cl-(aq) Mise en solution d'un liquide H2SO4 (acide sulfurique) :
Expérience 3 : TP.
H2SO4 (l) ( 2H+(aq) + SO42-(aq) IV - Concentration molaire 1 - Concentration molaire en soluté apporté
Vu en 2nde.
Dans le cas des solutions électrolytique, soluté = électrolyte.
La concentration molaire en soluté A apporté est la quantité de matière de
ce soluté dissoute dans 1L de solution.
Symbole : C(A) ou [A] unité : mol.L-1
Exemples :
1) On introduit 1,50.10-1 mol de NaCl(s) dans l'eau pour obtenir un volume
V = 500mL de solution ionique. Quelle est la concentration molaire en NaCl
de cette solution ? C(NaCl) = n(NaCl)/V = 1,50/5.10-1 = 3,00.10-1 mol.L-1 2) On introduit 1,20.10-1 mol d'acide sulfurique liquide pur dans l'eau
pour obtenir un volume V = 250mL de solution ionique. Quelle est la
concentration molaire en H2SO4 ?
C(H2SO4) = n(H2SO4)/V = 1,20.10-1/250.10-3 = 0,48 mol.L-1 Remarque : il existe aussi la concentration massique très utilisée pour
donner la composition des produits alimentaires.
Cm = m(A) / V 2 - Concentration molaire des espèces présentes en solution
La concentration du soluté apporté et la concentration des espèces
présentes dans la solution finale peuvent être différentes. Cela dépend du
nombre d'ions libéré par le soluté. Soit X l'espèce dissoute, Exemples :
1) On introduit 1,50.10-1 mol de NaCl(s) dans l'eau pour obtenir un volume
V = 500mL de solution ionique. Quelle est la concentration molaire en ions
Na+aq et en ions H+aq dans cette solution ? Equation de dissolution : NaCl(s) ( Na+(aq) + Cl-(aq)
n(NaCl) = n(Na+(aq)) = n(Cl-(aq)) donc [NaCl] = [Na+] = [Cl-] = 3,00.10-1
mol.L-1 2) On introduit 1,20.10-1 mol d'acide sulfurique liquide pur dans l'eau
pour obtenir un volume V = 250mL de solution ionique. Quelle est la
concentration molaire en H2SO4, en ions H+aq et en ions SO42-aq dans cette
solution ? Equation de dissolution : H2SO4 (l) ( 2H+(aq) + SO42-(aq)
n(H2SO4) = n(H+(aq))/2 = n(SO42-(aq)) donc
[H2SO4] = n(H2SO4)/V = 1,20/0,250 = 4,8 mol.L-1
[H+(aq)] = n(H+(aq))/V = 1,20x2/0,250 = 9,6 mol.L-1
[SO42-(aq)] = n(SO42-(aq))/V = 1,20/0,250 = 4,8 mol.L-1
1- Dissolution :
préparation d'une solution à partir d'un solide
Mode opératoire :
- Calculer la masse m de soluté nécessaire à la préparation d'une
solution de concentration C et de volume V connus :
m = n x M = C x V x M
- Peser cette masse dans une capsule (sans oublier de tarer la
balance) ;
- Placer cette masse dans une fiole jaugée de volume V à l'aide d'un
entonnoir (pour ne pas perdre de produit solide, rincer la capsule et
l'entonnoir avec de l'eau distillée et récupérer l'eau de rinçage dans
la fiole jaugée)
- puis rincer la coupelle avec de l'eau distillée ;
- Remplir en partie la fiole jaugée et agiter ;
- Compléter avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge.
Exercice :
On veut préparer 500 mL d'une solution de sulfate de cuivre (II)
pentahydraté de concentration molaire
7,10 mmol.L-1, à partir de cristaux de sulfate de cuivre (II)
pentahydratés.
Indiquer, à l'aide de shémas, le mode opératoire de cette préparation.
Masse molaire (g.mol-1) : Cu (63,5) S (32,1) O (16) H
(1)
2- Dilution :
préparation d'un volume V' d'une solution fille de concentration C' à
partir d'une solution mère de concentration C plus concentrée
Mode opératoire :
- calculer le volume de solution mère à utiliser :
n = n' ( CV = C'V' ( V = C'V'/C
- Prélever le volume de solution mère à l'aide d'une pipette jaugée ou
graduée ;
- Introduire ce volume V dans une fiole jaugée de volume V' ;
- Remplir en partie la fiole jaugée et agiter ;
- Compléter avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge.
Exercice :
On veut préparer un volume V'= 100 mL d'une solution de phosphate de
potassium de concentration c'= 50 mmol.L-1, à partir d'une solution mère de
concentration c = 1,00 mol.L-1.
Indiquer, à l'aide de shémas, le mode opératoire de cette préparation.
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(+ (+
H H O
2(- (+ (- + O H H H O H H H O H H O (+ (+ H H O 2(- (+ H H O (+ 2(- C(A) = CA = n(A)
V n(A) : qté de matière de soluté en mol
V : volume totale de la solution en L m(A) : masse de soluté en g
V : volume totale de la solution en L
Cm : concentration massique de A en g.L-1 [X] = n(X)
V n(X) : qté de matière de l'espèce dissoute en mol
V : volume totale de la solution en L
[X] : concentration molaire de X en mol.L-1