TP13Comment préparer une solution de concentration donnéeComment préparer une solution de concentration donnée

en ions, par dissolution d’un solide ioniqueen ions, par dissolution d’un solide ionique ??

Objectifs de la séance :

- Écrire l’équation de la réaction de dissolution d’un solide ionique dans l’eau ;- Savoir distinguer concentration molaire en soluté apporté et concentration effective ;- Élaborer et réaliser un protocole de préparation d’une solution ionique de concentration donnée en ions.

1.1. Comprendre la dissolutionComprendre la dissolution

Ouvrir l’animation « Dissolution NaCl » ou « Dissolution substance chimique »

Dissolution

Q1.Q1. Légendez les dessins ci-dessus.Q2.Q2. Pourquoi les molécules d’eau s’orientent-elles différemment à proximité d’un ion Cℓ et d’un ion Na+ ?Q3.Q3. Quelle particularité présente la structure du cristal ionique ? Quel type d’interaction existe-t-il entre les ions du cristal ?Q4.Q4. Écrire une équation traduisant la dissolution du chlorure de sodium (sel de table) dans l’eau.

2.2. Dissolution d’un solide ioniqueDissolution d’un solide ionique (compte rendu à faire pour cette partie)

Questions

Chlorure de fer (III)Hexahydraté

(perchlorure de fer)

On souhaite préparer un volume Vsol = 100,0 mL d’une solution aqueuse de chlorure de Fer (III) dont la concentration molaire en ions chlorure (Cℓ) est égale à c = 7,8.10-2 mol.L1.

Pour obtenir cette solution, il faudra prélever et dissoudre un solide appelé « chlorure de fer (III) hexahydraté », de formule (FeCl3, 6 H2O). Par la suite, ce solide sera noté S.

Comment préparer cette solution ?

Données : (Elles ne sont pas forcément toutes utiles)

M(Fe) = 55,8 g.mol-1 ; M(Cℓ) = 35,5 g.mol-1

- Les ions chlorure (Cℓ) ne donnent aucune couleur aux solutions dans lesquelles ils se trouvent ;- Les ions fer III (Fe3+) donnent une coloration orange aux solutions dans lesquelles ils se trouvent.

L’étiquette du flacon contenant le chlorure de fer (III) hexahydraté solide est reproduite ci-dessous :

Protocole expérimental :

Proposez un protocole de fabrication de la solution à partir des données ci-dessus ;

Vous indiquerez la masse de solide à prélever

Mettez en œuvre ce protocole après vérification par le professeur.

Vérification de votre préparation :

Mesurez, à l’aide d’un spectrophotomètre, l’absorbance de la solution que vous venez de préparer.

Les mesures se feront à = 450 nm

Comparez sa valeur à celle de la solution témoin (au bureau). Ajustez votre protocole au besoin.

Remarque : si votre solution est bien préparée, son absorbance doit être voisine de la solution de référence (témoin) mise à votre disposition.

Pour vous aidez dans votre démarche :

Compléter (littéralement) et utiliser le tableau d’avancement suivant :

Équation de dissolution FeCl3 (s)

État du système Avancement(mol) n(FeCℓ3)

État initial x = 0 n(S)

État intermédiaire x

État final xmax

Répondre aux questions suivantes :

Q5.Q5. Retrouver, par le calcul, la masse molaire du chlorure de fer (III) hexahydraté.Q6.Q6. Exprimer la concentration molaire c(S) du soluté apporté en fonction de n(S) et du volume Vsol de la solution à préparer.Q7.Q7. Exprimer xmax, nf (Fe3+) et nf (Cℓ) en fonction de n(S).Q8.Q8. En déduire les concentrations effectives en ions fer III, notée [Fe3+], et en ions chlorure, notée [Cℓ].Q9.Q9. Calculer alors la masse m(S) du soluté (chlorure de fer (III) hexahydraté) à prélever pour préparer la solution.

3.3. ConclusionConclusion (cette partie doit apparaître dans le compte rendu)

Conclure sur la séance (dans l’ordre que vous souhaitez) en expliquant pourquoi un composée ionique est très soluble dans l’eau, en répondant à la question du début de l’activité et en proposant une définition générale de :

- La concentration molaire d’une solution en soluté apporté, notée c(S) ;- La concentration molaire effective d’un ion By, notée [By], présent dans une solution (il faudra écrire

l’équation de la réaction de dissolution).

TTABLEAUABLEAU DESDES COMPÉTENCESCOMPÉTENCES MISESMISES ENEN ŒUVREŒUVRE DANSDANS LL’’ACTIVITÉACTIVITÉ

COMPÉTENCES Exemples de capacités et d’aptitudes

MOBILISER SESCONNAISSANCES

Connaître les notions scientifiques du programme, le vocabulaire approprié, les symboles adaptés, les unités.

S’APPROPRIER

Rechercher, extraire et organiser l’information utile.

Adopter une attitude critique vis-à-vis de l’information.

Questionner, identifier, formuler un problème.

Reformuler.

Identifier les risques.

RÉALISER

Réaliser un montage à partir d’un schéma.

Suivre un protocole donné.

Utiliser, dans un contexte donné, le matériel à disposition.

Savoir choisir, combiner et réaliser plusieurs actions.

Effectuer un relevé de mesures.

Schématiser, construire un graphique, un tableau, etc.

Exploiter une relation, un calcul littéral.

Effectuer un calcul numérique, utiliser les symboles et les unités appropriés, utiliser la calculatrice.

Reconnaître et utiliser la proportionnalité.

Respecter les règles de sécurité, manipuler avec soin, veiller au rangement du plan de travail, etc.

ANALYSER

Émettre une hypothèse.

Identifier les paramètres qui influencent un phénomène, choisir les grandeurs à mesurer.

Élaborer ou justifier un protocole.

Proposer une méthode, un calcul, un outil adapté ; faire des essais (choisir, adapter une méthode, un protocole).

Proposer, décrire un modèle ; utiliser un modèle pour prévoir, décrire et expliquer.

Percevoir la différence entre un modèle et la réalité, entre la réalité et une simulation.

VALIDER

Estimer l’incertitude d’une mesure, faire un traitement statistique d’une série de mesures, etc.

Interpréter des résultats, juger de la qualité d’une mesure, etc.

Confronter le résultat au résultat attendu, mettre en relation, déduire.

Valider ou invalider une information, une hypothèse, etc.

COMMUNIQUER À L’AIDE DE LANGAGES OU D'OUTILS SCIENTIFIQUES

Communiquer des résultats, rédiger une solution.

Exprimer un résultat (grandeur ─ unité ─ chiffres significatifs).

Rendre compte à l’écrit ou à l’oral en utilisant un vocabulaire adapté.

ÊTRE AUTONOME, FAIRE PREUVE D’INITIATIVE

S’impliquer.

Prendre des initiatives, anticiper, faire preuve de créativité.

Travailler en autonomie.

Travailler en équipe.

CORRECTIONCORRECTION1.1. Mise en solution d’un solide ioniqueMise en solution d’un solide ionique

Q1.Q1. Dessins légendés :

Q2.Q2. Une interaction électrostatique n’est attractive qu’entre des charges de signes contraires. Les molécules d’eau sont polaires. 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.Q3.Q3. Le cristal est un arrangement ordonné d’anions et de cations. Des interactions électrostatiques s’exercent entre les ions, chargés électriquement.Q4.Q4. L'équation traduisant la dissolution du chlorure de sodium dans l'eau peut s'écrire :

NaCℓ(s) Na+(aq) + Cℓ(aq)

Remarques :

- La notation « (aq) », vue en classe de seconde, indique que les espèces sont dissoutes en solution aqueuse ;- L’eau ne subit pas de transformation chimique, ce n’est pas un réactif. Elle n’apparait donc pas dans

l’équation de la réaction.

2.2. Dissolution d’un solide ioniqueDissolution d’un solide ionique

On place une capsule de pesée sur une balance électronique précise à 0,1 g près, puis on tare la balance.

Avec une spatule propre et sèche, on pèse précisément 0,7 g de chlorure de fer (III) hexahydraté. On introduit le solide pesé dans une fiole jaugée de volume Vsol = 100,0 mL à l’aide d’un entonnoir. On rince la capsule de pesée avec de l’eau distillée en versant l’eau de rinçage dans la fiole jaugée. On remplit la fiole aux trois quarts avec de l’eau distillée. Après l’avoir bouchée, on agite la fiole jaugée pour bien dissoudre le solide.

Une fois la dissolution terminée, on ajoute de l’eau distillée d’abord à la pissette, puis au compte-goutte jusqu’au trait de jauge.

On rebouche la fiole jaugée et on agite pour homogénéiser la solution.

La solution préparée a une concentration molaire en ions chlorure égale à [Cℓ–] = 7,8 10–2 mol.L–1

Protocole expérimental

Équation de dissolution FeCl3 (s) Fe3+(aq) + 3 Cℓ–

(aq)

État du système Avancement(mol) n(FeCℓ3) n(Fe3+) n(Cℓ)

État initial x = 0 n(S) 0 0

État intermédiaire x n(S) – x x 3x

État final xmax n(S) – xmax = 0 xmax 3xmax

Q5.Q5. M(FeCℓ3, 6 H2O) = M(Fe) + 3 M(Cl) + 12 M(H) + 6 M(O)

A.N. : M(FeCℓ3, 6 H2O) = 55,8 + 3 × 35,5 + 12 × 1,0 + 6 × 16,0 = 270,3 g.mol−1.

Q6.Q6. Concentration molaire C (S) du soluté S apporté :

Q7.Q7. La solution étant supposée non saturée, la dissolution du chlorure de fer (III) dans l’eau est totale. Ainsi, dans l’état final, la quantité de chlorure de fer (III), solide noté S, est nulle, soit :

n(S) – xmax = 0 ⇒ xmax = n(S)nf (Fe3+) = xmax = n(S)

nf (Cℓ) = 3xmax = 3 n(S)

Q8.Q8. Concentrations molaires effectives des ions présents dans la solution :

Q9.Q9. Masse de chlorure de fer (III) hexahydraté à peser :

m(S) = n(S) M(FeCℓ3, 6 H2O)

n(S) = [Fe3+] Vsolution = (d’après la question d)

A.N. : n(S) = n(S) = 2,6 10–3 mol m(S) = 2,6 10–3 270,3 = 0,70 g3.3. ConclusionConclusion

- La concentration molaire C(S) d’une solution en soluté S apporté est le quotient de la quantité de soluté n(S) mise en solution par le volume Vsol de la solution, soit :

- La concentration molaire effective, notée [By], d’un anion By présent dans une solution est égale au quotient de la quantité d’ions n(By) présente dans la solution par le volume Vsol de la solution, soit :

AaBb (s) a Ax+ (aq) + b By

(aq)

(avec a x = b y équilibre des charges électriques)

Évaluation du compte rendu : (/10 pts)

Objectif / Description du problème (1 pt)

Détails du calcul de la masse de chlorure de fer (1 pt)

Protocole expérimental détaillé (3 pts)

Dessins de l’expérience / Liste du matériel (0,5 pt)

Mesure de l’absorbance et comparaison avec le témoin (1 pt)

Conclusion :

- Rédaction (0,5 pt)- Définition de la concentration molaire (1 pt)- Définition de la concentration molaire effective (1 pt)- Réaction de dissolution (1 pt)

Fiche TP n°13Fiche TP n°13 : Dissolution d’un composé ionique: Dissolution d’un composé ioniquePréparation de la solution témoin :

Équation de dissolution FeCℓ3 (s) Fe3+(aq) + 3 Cℓ–

(aq)

État du système Avancement(mol) n(FeCℓ3) n(Fe3+) n(Cℓ)

État initial x = 0 n(S) 0 0État intermédiaire x n(S) – x x 3xÉtat final xmax n(S) – xmax = 0 xmax 3xmax

Calcul de la masse de FeCℓ3 à prélever :

M(FeCℓ3, 6 H2O) = 270, 32 g.mol–1

À partir des ions Fe3+ À partir des ions Cℓ

[Fe3+] = [Cℓ] = = 3 [Fe3+]

n(S) = [Fe3+] Vsolution

A.N. : n(S) = 6,5 10–3 mol n(S) =

A.N. : n(S) = 6,5 10–3 mol m(S) = n(S) M(FeCℓ3, 6 H2O)A.N. : m(S) = 1,757 g

Pour préparer une solution aqueuse de chlorure de fer (III) de volume Vsolution = 250 mL et de concentration en ions [Fe3+] = 2,6 10–2 mol.L–1 ou [Cℓ–] = 7,8 10–2 mol.L–1, il faut prélever une masse de chlorure de fer (III) hexahydraté de m(S) = 1,757 g et la dissoudre dans une fiole jaugée de 250 mL.

Remarque : le chlorure de fer (III) peut être remplacé par le chlorure de cuivre (II)

c = 2,6 10–2 mol.L–1

Vsolution = 250 mL = 0,25 L[Fe3+] = 2,6 10–2 mol.L–1

[Cℓ–] = 7,8 10–2 mol.L–1

Sources de l’activitéSources de l’activité

Activité n°1 p170 (HACHETTE 1ère S, Collection Dulaurans Durupthy)Activité n°2 p175 (BORDAS 1ère S, Collection E.S.P.A.C.E Lycée)Activité n°2 p177 (BELIN 1ère S)

COMPLÉMENTSCOMPLÉMENTSLes forces de van der Waals ont plusieurs origines. On dénombre trois effets :

- Les forces de Keesom ou effets d'orientation.- Les forces de Debye ou effets d'induction.- Les forces de London ou effets de dispersion.