1.21. La concentration des solutions

La majorité des produits chimiques utilisés au laboratoire se présente sous forme d'une solution aqueuse. Le corps pur, simple ou composé, se trouve à l'état dissous dans de l'eau distillée. Au laboratoire, il nous est indispensable de savoir quelle quantité de matière, ou quelle masse, nous prélevons quand nous utilisons un volume donné de solution. Pour cela, il nous faut connaître la concentration en soluté de la solution. Cette concentration peut s'exprimer en différentes unités:

En grammes par litre (g/l).

En moles par litre (mol/l).

D'autres unités existent et répondent à des besoins particuliers aux chimistes. Elles seront envisagées dès que nécessaire (dans les cours de 5 et 6).

Les différentes grandeurs sont reliées entre elles par deux formules de base:

Soit c la concentration

Soit n le nombre de moles

Soit v le volume de la solution

n = c/v 

Soit n le nombre de moles

Soit m la masse de substance considérée dans le problème

Soit M la masse molaire de la substance considérée

n = m/M 

Exemple 1

Calculons la concentration (c) d'une solution qui contient 100 grammes (m) de NaCl par litre (v) de solution. NaCl est le soluté, le solvant est l'eau distillée.

Calcul de la masse molaire moléculaire de NaCl.

    La masse moléculaire de NaCl vaut: 23 + 35,5 = 58,5 u

    La masse d'une mole de NaCl vaut donc 58,5g

    La masse molaire de NaCl vaut alors 58,5 g/mol

Calcul du nombre de moles que représentent 100g n = m/M où m est la masse donnée dans le problème et M la masse molaire.

    58,5g correspondent à 1 mole

    1g correspond à 1/58,5 mole

    100g correspondent à 100/58.5 mole ou 1,7 mole

Donc, dans notre cas un litre de solution contient 1,7 mole de chlorure de sodium et la concentration est c = n/v = 1,7 mol/l.. n est le nombre de moles que nous avons calculé et v le volume de solution.

Exemple 2

Dans deux litres d'une solution de sulfate de cuivre (CuSO₄) il y a 2,7 moles de sulfate de cuivre. Nous devons exprimer la concentration en grammes par litre (g/l).

Calcul de la masse molaire moléculaire de CuSO₄

    La masse moléculaire de CuSO₄ vaut: 63,5 + 32 + 4 (16) = 159,5 u

    La masse d'une mole du CuSO₄ vaut donc 159,5g

    La masse molaire de CuSO₄ est de 159,5 g/mol

Calcul de la masse de l'échantillon

    La masse de 2,7 moles du CuSO₄ vaut  m = 2,7 (159,5) = 430,65g

    Le volume est de deux litres

    La concentration vaut  c = m/v = 215,32 g/l

Exercices

1. Une solution contient 75mg de NaCl par ml. Quelle dilution doit-on pratiquer pour obtenir une solution dont la concentration est de 15mg de NaCl par ml?

2. 100g exactement de NaCl sont dissous dans la quantité suffisante d'eau pour donner 1500ml de solution. Quelle est la concentration de la solution?

3.Déterminer la molarité de chacune des solutions suivantes:

    166g de KI par litre de solution.

    33g de (NH₄)₂SO₄ par 200ml de solution.

   196g de H₂SO₄ par 2 litres de solution.

4.A quel volume doit-on étendre 500ml d'une solution donnée qui a pour concentration 40mg de AgNO₃ par ml, pour obtenir une solution ayant pour concentration 16 mg de AgNO₃ par ml?

5. La soude caustique, NaOH, est souvent préparée industriellement par réaction de Na₂CO₃ avec la chaux éteinte Ca(OH)₂. Combien de grammes de NaOH peut-on obtenir en traitant 1kg de Na₂CO₃ par Ca(OH)₂. 

Na₂CO₃  +  Ca(OH)₂  NaOH  +  CaCO₃

6. Quelle masse d'argent y a-t-il dans 34,5g de Ag₂S?

7. Calculer la quantité de zinc dans une tonne de minerai contenant 60% de zincite ZnO?

Pour aller plus loin

Les solutions

il est