Ch08 – Devoir surveillé – Solutions aqueuses et concentration
DS | Première Bac Pro ERA-MA – Groupement 3
🎯 Objectifs du chapitre
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Distinguer solvant, soluté et solution
Calculer une quantité de matière : \(n = \dfrac{m}{M}\)
Calculer une concentration molaire : \(C = \dfrac{n}{V}\) et une concentration en masse : \(C_m = \dfrac{m}{V}\)
Réaliser une dissolution et une dilution
Comprendre le principe du titrage et le point d'équivalence
Socle
DS – Niveau Socle (durée : 30 min)
Exercice 1 – Questions de cours (6 pts)
a) Complète : dans une solution, le liquide qui dissout s'appelle le … et l'espèce dissoute s'appelle le … (2 pts)
b) Quelle est la formule de la concentration en masse ? \(C_m = \dfrac{\ldots}{\ldots}\) (1 pt)
c) Quelle est l'unité de la concentration en masse ? (1 pt)
d) Lors d'une dilution, on ajoute du … à la solution. La concentration … (augmente / diminue). (2 pts)
Correction a) le solvant ; le soluté b) \(C_m = \dfrac{m}{V}\) c) Le gramme par litre (g/L) d) On ajoute du solvant. La concentration diminue.
Exercice 2 – Concentration en masse (6 pts)
On dissout 10 g de sel dans 250 mL d'eau.
a) Convertis le volume en litres : 250 mL = … L (1 pt)
b) Calcule la concentration en masse : \(C_m = \dfrac{\ldots}{\ldots} = \ldots\) g/L (2 pts)
c) Si on ajoute 250 mL d'eau supplémentaire (volume total 500 mL), quelle sera la nouvelle concentration ? (3 pts)
Correction a) 250 mL = 0,250 L b) \(C_m = \dfrac{10}{0{,}250} = 40\) g/L c) Volume total : 0,500 L. La masse de sel n'a pas changé (10 g).
\(C_m = \dfrac{10}{0{,}500} = 20\) g/L. La concentration est divisée par 2.
Exercice 3 – Dilution (8 pts)
Un poseur de cuisines doit diluer un nettoyant concentré à \(C_1 = 200\) g/L. Il veut obtenir 2 L de solution à \(C_2 = 50\) g/L.
a) Écris la formule de dilution : \(C_1 \times V_1 = \ldots \times \ldots\) (2 pts)
b) Remplace par les valeurs : \(200 \times V_1 = \ldots \times \ldots\) (2 pts)
c) Calcule \(V_1\) : \(V_1 = \dfrac{\ldots}{\ldots} = \ldots\) L (2 pts)
d) Quel volume d'eau faut-il ajouter ? (2 pts)
Correction a) \(C_1 \times V_1 = C_2 \times V_2\) b) \(200 \times V_1 = 50 \times 2\) c) \(V_1 = \dfrac{100}{200} = 0{,}50\) L = 500 mL d) Volume d'eau = \(2 - 0{,}50 = 1{,}50\) L = 1 500 mL
Standard
DS – Niveau Standard (durée : 45 min)
Exercice 1 – Cours (5 pts)
a) Distingue dissolution et dilution. (2 pts) b) Donne les formules de la concentration molaire et de la concentration en masse. Précise les unités. (2 pts) c) Qu'est-ce que le point d'équivalence dans un titrage ? (1 pt)
Correction a) Dissolution : on dissout un soluté solide dans un solvant pour obtenir une solution. Dilution : on ajoute du solvant à une solution existante pour diminuer sa concentration. b) \(C = \dfrac{n}{V}\) en mol/L ; \(C_m = \dfrac{m}{V}\) en g/L. c) Le point d'équivalence est le moment où les réactifs ont été introduits en proportions stoechiométriques : tout le réactif titré a exactement réagi avec le réactif titrant.
Exercice 2 – Préparation d'une solution de traitement (7 pts)
Un menuisier prépare 2 L d'une solution de traitement insecticide en dissolvant un produit en poudre dans de l'eau. La concentration souhaitée est de 0,040 mol/L. La masse molaire du produit est M = 200 g/mol.
a) Calcule la quantité de matière nécessaire. (2 pts) b) Calcule la masse de poudre à peser. (2 pts) c) Calcule la concentration en masse de la solution. (1 pt) d) Décris le protocole de préparation. (2 pts)
Correction a) \(n = C \times V = 0{,}040 \times 2 = 0{,}080\) mol b) \(m = n \times M = 0{,}080 \times 200 = 16\) g c) \(C_m = \dfrac{m}{V} = \dfrac{16}{2} = 8\) g/L (ou \(C_m = C \times M = 0{,}040 \times 200 = 8\) g/L) d) 1) Peser 16 g de produit sur une balance. 2) Le verser dans un récipient gradué (ou une fiole jaugée de 2 L). 3) Ajouter de l'eau distillée progressivement jusqu'au volume de 2 L. 4) Agiter pour homogénéiser la solution.
Exercice 3 – Dilution et dosage (8 pts)
Un ébéniste utilise un décapant acide (acide chlorhydrique, HCl) pour retirer une vieille finition. Le flacon commercial indique une concentration de 6 mol/L.
a) Il prépare 500 mL de solution diluée à 1,5 mol/L. Quel volume de solution commerciale doit-il prélever ? (3 pts) b) Après utilisation, il dose 20 mL du bain usagé par une solution de NaOH à 0,50 mol/L. L'équivalence est atteinte pour 22 mL de NaOH versés. Calcule la concentration résiduelle en HCl. (3 pts) c) Le bain a-t-il encore un pouvoir décapant si la concentration minimale efficace est de 0,40 mol/L ? (2 pts)
Correction a) \(C_1 V_1 = C_2 V_2\)
\(6 \times V_1 = 1{,}5 \times 0{,}500\)
\(V_1 = \dfrac{0{,}75}{6} = 0{,}125\) L = 125 mL
c) 0,55 mol/L > 0,40 mol/L → oui, le bain a encore un pouvoir décapant.
Approfondissement
DS – Niveau Approfondissement (durée : 55 min)
Exercice 1 – Formulation d'un vernis marin (10 pts)
Un fabricant de mobilier d'extérieur prépare un vernis marin en mélangeant trois composants. Les données sont :
Composant
M (g/mol)
Quantité
Résine alkyde (A)
500
150 g
Anti-UV (B)
250
0,02 mol
Siccatif (C)
180
3,6 g
Le volume total de vernis est 1,5 L.
a) Calcule la quantité de matière de chaque composant. (3 pts) b) Calcule la concentration molaire de chaque composant dans le vernis. (3 pts) c) Calcule la concentration en masse totale du vernis. (2 pts) d) Pour 10 L de vernis, quelles masses de chaque composant faut-il ? (2 pts)
c) Masse de B : \(0{,}02 \times 250 = 5\) g
Masse totale : \(150 + 5 + 3{,}6 = 158{,}6\) g
\(C_m = \dfrac{158{,}6}{1{,}5} = 105{,}7\) g/L
d) Facteur d'échelle : \(\dfrac{10}{1{,}5} = 6{,}67\)
\(m_A = 150 \times 6{,}67 = 1\,000\) g = 1 kg
\(m_B = 5 \times 6{,}67 = 33{,}3\) g
\(m_C = 3{,}6 \times 6{,}67 = 24\) g
Exercice 2 – Contrôle qualité par titrage (10 pts)
Un laboratoire contrôle la qualité d'un produit de traitement antifongique pour bois, contenant de l'acide acétique (CH₃COOH). M(CH₃COOH) = 60 g/mol.
On dose un échantillon de 10,0 mL par de la soude (NaOH) à 0,20 mol/L. La réaction est :
\[\text{CH}_3\text{COOH} + \text{NaOH} \rightarrow \text{CH}_3\text{COONa} + \text{H}_2\text{O}\]
L'équivalence est obtenue pour \(V_{éq} = 16{,}5\) mL.
a) Justifie que la réaction est de stoechiométrie 1:1. (1 pt) b) Calcule la concentration molaire en acide acétique dans le produit. (3 pts) c) Calcule la concentration en masse correspondante. (2 pts) d) Le fabriquant annonce une concentration en masse de 18 g/L sur l'étiquette. Calcule l'écart relatif (en %). Le produit est-il conforme si la tolérance est de ±5 % ? (2 pts) e) On dilue 100 mL de ce produit dans 400 mL d'eau pour l'utilisation. Calcule la concentration en masse du produit dilué. (2 pts)
Correction a) L'équation montre que 1 mol de CH₃COOH réagit avec 1 mol de NaOH → stoechiométrie 1:1.
c) \(C_m = C \times M = 0{,}33 \times 60 = 19{,}8\) g/L
d) Écart relatif : \(\dfrac{|19{,}8 - 18|}{18} \times 100 = \dfrac{1{,}8}{18} \times 100 = 10\) %
10 % > 5 % → le produit n'est pas conforme (trop concentré par rapport à l'étiquette).