Solutions aqueuses et concentration | 1ère Bac Pro ERA-MA | Physique-Chimie
Capacités et connaissances du programme :
C1 — Calculer une concentration massique \(c_m = m/V\)
C2 — Calculer une concentration molaire \(c = n/V\)
C3 — Réaliser une dilution \(c_1 V_1 = c_2 V_2\)
C4 — Mesurer un pH et interpréter (acide, basique, neutre)
C5 — Identifier les risques des produits chimiques en menuiserie (solvants, vernis, décapants)
C6 — Déterminer une quantité de matière par titrage (repérage de l'équivalence)
C1 — Calculer une concentration massique
Rappel de cours
La concentration massique d'une solution est la masse de soluté dissoute par litre de solution :
\(c_m = \dfrac{m}{V}\)
\(c_m\) : concentration massique en g/L (ou g/mL)
\(m\) : masse de soluté en g
\(V\) : volume de solution en L
Exercice 1
Un menuisier prépare une solution de nettoyage en dissolvant 25 g de cristaux de soude dans 500 mL d'eau. Calculer la concentration massique de la solution.
Un produit de traitement du bois contient 12 g de principe actif par litre de solution. Quelle masse de principe actif trouve-t-on dans 750 mL de ce produit ?
\(m = c_m \times V = 12 \times 0{,}750 = \mathbf{9}\) g
Exercice 3
Une solution de décapant contient 80 g de solvant actif. Sa concentration massique est de 200 g/L. Calculer le volume de solution.
\(V = \dfrac{m}{c_m} = \dfrac{80}{200} = \mathbf{0{,}4}\) L = 400 mL
Exercice 4
Un vernis en phase aqueuse contient 18 % en masse de résine (c'est-à-dire 18 g de résine pour 100 g de solution). La masse volumique du vernis est de 1 050 g/L. Calculer la concentration massique en résine.
Masse de résine dans 1 L : \(m = 18\% \times 1\,050 = 0{,}18 \times 1\,050 = \mathbf{189}\) g
\(c_m = 189\) g/L
C2 — Calculer une concentration molaire
Rappel de cours
La concentration molaire est le nombre de moles de soluté par litre de solution :
On dissout 4 g de soude (NaOH, \(M = 40\) g/mol) dans 500 mL d'eau pour préparer un nettoyant dégraissant. Calculer la concentration molaire de la solution.
Une solution d'acide chlorhydrique (HCl, \(M = 36{,}5\) g/mol) a une concentration molaire de 0,5 mol/L. Calculer la masse de HCl dissoute dans 200 mL de solution.
\(n = c \times V = 0{,}5 \times 0{,}200 = 0{,}1\) mol
\(m = n \times M = 0{,}1 \times 36{,}5 = \mathbf{3{,}65}\) g
Exercice 7
Un technicien prépare 1 L d'une solution de carbonate de sodium (Na₂CO₃, \(M = 106\) g/mol) à 0,1 mol/L pour décaper du bois. Quelle masse de Na₂CO₃ doit-il peser ?
\(n = c \times V = 0{,}1 \times 1 = 0{,}1\) mol
\(m = n \times M = 0{,}1 \times 106 = \mathbf{10{,}6}\) g
C3 — Réaliser une dilution
Rappel de cours
Lors d'une dilution, la quantité de soluté est conservée :
\(c_1 \times V_1 = c_2 \times V_2\)
\(c_1\), \(V_1\) : concentration et volume de la solution mère (avant dilution)
\(c_2\), \(V_2\) : concentration et volume de la solution fille (après dilution)
Facteur de dilution : \(f = \dfrac{c_1}{c_2} = \dfrac{V_2}{V_1}\)
Exercice 8
Un nettoyant bois concentré s'utilise dilué 10 fois. On dispose de 200 mL de solution concentrée à 5 mol/L. Calculer la concentration de la solution diluée.
Un vernis est vendu concentré à \(c_1 = 800\) g/L. On souhaite préparer 2 L de vernis prêt à l'emploi à \(c_2 = 200\) g/L. Quel volume de vernis concentré utiliser ?
\(V_1 = \dfrac{c_2 \times V_2}{c_1} = \dfrac{200 \times 2}{800} = \dfrac{400}{800} = \mathbf{0{,}5}\) L = 500 mL
On ajoute ensuite \(2 - 0{,}5 = 1{,}5\) L d'eau.
Exercice 10
Un décapant est dilué avec de l'eau dans un rapport 1 volume pour 4 volumes d'eau (soit 5 volumes au total). La solution mère a une concentration de 2 mol/L. Calculer la concentration de la solution diluée.
Le pH mesure l'acidité ou la basicité d'une solution :
pH < 7 : solution acide
pH = 7 : solution neutre
pH > 7 : solution basique (alcaline)
Mesure : papier pH (précision ±1), pH-mètre (précision ±0,1). Plus le pH est faible, plus la solution est acide. Les solutions acides et basiques concentrées sont corrosives.
Exercice 11
Classer les solutions suivantes du plus acide au plus basique :
Vinaigre blanc : pH = 2,5
Eau pure : pH = 7
Décapant bois (soude) : pH = 13
Solvant de nettoyage : pH = 5
Neutralisant de surface : pH = 9
Du plus acide au plus basique : Vinaigre (2,5) < Solvant (5) < Eau pure (7) < Neutralisant (9) < Décapant soude (13)
Exercice 12
Après décapage d'un meuble à la soude (pH 13), un ébéniste rince la surface puis mesure le pH du rinçage : il lit pH = 9. La surface est-elle neutralisée ? Que doit-il faire ?
pH = 9 > 7 : la surface est encore basique, pas encore neutre. Il doit poursuivre le rinçage à l'eau claire jusqu'à obtenir un pH proche de 7, puis éventuellement neutraliser avec un produit légèrement acide (vinaigre dilué) avant la finition.
Exercice 13
Un menuisier agenceur mesure le pH de trois produits de traitement :
Produit A : pH = 1,5
Produit B : pH = 6,8
Produit C : pH = 11
Identifier la nature (acide, neutre, basique) de chaque produit.
Lesquels nécessitent le port de gants et lunettes de protection ?
A (pH 1,5) : très acide ; B (pH 6,8) : quasi neutre ; C (pH 11) : basique fort.
Les produits A et C sont corrosifs (pH très éloigné de 7) → port obligatoire de gants résistants aux produits chimiques et de lunettes de protection.
C5 — Risques des produits chimiques en menuiserie
Rappel de cours
Les produits chimiques utilisés en menuiserie (solvants, vernis, décapants, colles, produits de traitement) comportent des risques :
Toxicité : absorption par inhalation, ingestion ou contact cutané.
Inflammabilité : les solvants organiques s'enflamment facilement.
Corrosivité : les acides et les bases fortes attaquent la peau et les matériaux.
CMR : certains produits sont cancérigènes, mutagènes ou reprotoxiques.
Pictogrammes de danger (GHS) à connaître : flamme, crâne, point d'exclamation, corrosion, santé.
Exercice 14
Un atelier de menuiserie utilise les produits suivants. Identifier les risques principaux de chacun et les équipements de protection individuelle (EPI) nécessaires :
White-spirit (solvant organique)
Soude caustique en solution (décapant)
Vernis polyuréthane bicomposant (contient des isocyanates)
White-spirit : inflammable, nocif par inhalation. EPI : gants nitrile, lunettes, dans un local ventilé, loin des sources d'ignition.
Soude caustique : corrosif (pH très élevé), brûlures cutanées et oculaires. EPI : gants résistants aux produits chimiques, lunettes de protection, tablier.
Vernis polyuréthane : les isocyanates sont sensibilisants respiratoires et CMR (cancérigènes possibles). EPI : masque respiratoire à cartouche, gants, lunettes, bonne ventilation ou cabin de peinture.
Exercice 15
Lire les pictogrammes GHS sur une étiquette de vernis et indiquer ce qu'ils signifient :
Flamme orange
Point d'exclamation noir
Silhouette d'homme avec étoile (santé)
Flamme : produit inflammable ou extrêmement inflammable.
Point d'exclamation : irritant, nocif, sensibilisant cutané ou respiratoire.
Silhouette / santé : danger grave pour la santé (CMR, atteinte organique, sensibilisant respiratoire).
Exercice 16
Un menuisier dispose d'une fiche de données de sécurité (FDS) d'un vernis. Elle indique : « VLE 400 ppm, court terme 500 ppm ». Que signifient ces informations ?
VLE (Valeur Limite d'Exposition) = 400 ppm : la concentration dans l'air de l'atelier ne doit pas dépasser 400 parties par million en exposition de longue durée (8 h/jour).
Court terme = 500 ppm : la concentration maximale tolérée pendant 15 minutes en situation accidentelle.
Au-delà de ces seuils, les risques pour la santé (irritation, toxicité) deviennent inacceptables. Il faut ventiler le local ou porter un appareil de protection respiratoire adapté.
C6 — Titrage : repérage de l'équivalence
À retenir
Le titrage consiste à verser progressivement une solution titrante (de concentration connue) dans une solution titrée (de concentration inconnue) jusqu'au point d'équivalence : le moment où les réactifs sont dans les proportions stœchiométriques.
Le repérage de l'équivalence se fait par un changement de couleur (indicateur coloré) ou un changement brutal de pH.
Exercice 17
On titre 20 mL d'une solution d'acide chlorhydrique (HCl) par une solution de soude (NaOH) de concentration \(C_B = 0{,}10\) mol/L. L'équivalence est atteinte pour un volume versé \(V_{eq} = 15{,}0\) mL.
Écrire l'équation de la réaction acide-base.
À l'équivalence, quelle relation lie les quantités de matière ?
Un technicien titre 25 mL d'un produit détartrant (acide) avec de la soude à 0,20 mol/L. Il ajoute un indicateur coloré (phénolphtaléine). La solution reste incolore puis vire au rose pour \(V_{eq} = 12{,}5\) mL.
Pourquoi la solution vire-t-elle au rose à l'équivalence ?
Calculer la concentration de l'acide dans le détartrant.
Si le flacon contient 500 mL de produit, quelle masse totale d'acide contient-il ? (Masse molaire HCl = 36,5 g/mol)
La phénolphtaléine est incolore en milieu acide et rose en milieu basique. Le virage au rose indique que tout l'acide a réagi et qu'on commence à avoir un excès de base → c'est l'équivalence.