Solutions aqueuses et concentration | 1ère Bac Pro ERA-MA | Physique-Chimie
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Capacités du chapitre (codes du cours) :
C1 — Calculer une masse molaire et une quantité de matière
C2 — Déterminer les concentrations molaire et en masse
C3 — Préparer une solution par dissolution
C4 — Préparer une solution par dilution
C5 — Déterminer une concentration par titrage à l'équivalence
Les relations de dilution et de titrage sont fournies en évaluation. Pour aller plus loin, hors programme du groupement 3 : le pH, la sécurité chimique (étiquette, FDS, valeurs limites) et le pourcentage massique. Ces exercices ne sont pas évalués.
C1 — Calculer une masse molaire et une quantité de matière
Rappel de cours
La quantité de matière \(n\) s'exprime en moles (mol). La masse molaire \(M\) est la masse d'une mole d'une espèce, en g/mol.
Pour une molécule, on additionne les masses molaires des atomes en tenant compte des indices.
\(n = \dfrac{m}{M}\) et donc \(m = n \times M\), avec \(m\) en g, \(M\) en g/mol et \(n\) en mol.
Masses molaires atomiques utiles : H = 1 ; C = 12 ; N = 14 ; O = 16 ; Na = 23 ; Cl = 35,5 g/mol.
Exercice 1
Calculer la masse molaire de l'eau \(\text{H}_2\text{O}\), puis celle du dioxyde de carbone \(\text{CO}_2\).
L'eau contient 2 atomes H et 1 atome O : \(M(\text{H}_2\text{O}) = 2 \times 1 + 1 \times 16 = \mathbf{18}\) g/mol.
Le dioxyde de carbone contient 1 atome C et 2 atomes O : \(M(\text{CO}_2) = 1 \times 12 + 2 \times 16 = \mathbf{44}\) g/mol.
Exercice 2
L'urée \(\text{CH}_4\text{N}_2\text{O}\) est un engrais azoté très utilisé en agriculture.
Calculer la masse molaire de l'urée.
Calculer la quantité de matière contenue dans 30 g d'urée.
C2 — Déterminer les concentrations molaire et en masse
Rappel de cours
Concentration molaire : \(C = \dfrac{n}{V}\), en mol/L.
Concentration en masse : \(C_m = \dfrac{m}{V}\), en g/L.
\(V\) est le volume final de solution, en L. Ce n'est pas le volume d'eau ajouté.
Comme \(m = n \times M\), on obtient \(C_m = C \times M\).
Deux concentrations de types différents (mol/L et g/L) ne se comparent pas directement.
Exercice 5
Pour nettoyer un carrelage, on dissout 7,5 g de cristaux de soude dans de l'eau chaude, puis on complète jusqu'à un volume final de 500 mL. Calculer la concentration en masse de la solution.
\(V = 500\) mL \(= 0{,}500\) L.
\(C_m = \dfrac{m}{V} = \dfrac{7{,}5}{0{,}500} = \mathbf{15}\) g/L.
Exercice 6
Le sérum physiologique est une solution de chlorure de sodium de concentration en masse 9,0 g/L. Quelle masse de chlorure de sodium contient un flacon de 250 mL ?
\(V = 250\) mL \(= 0{,}250\) L.
\(C_m = \dfrac{m}{V}\), donc \(m = C_m \times V = 9{,}0 \times 0{,}250 = \mathbf{2{,}25}\) g.
Exercice 7
Pour éclaircir un chêne noirci, un ébéniste prépare une solution d'acide oxalique : il dissout 50 g de cristaux dans de l'eau chaude et obtient un volume final de 500 mL.
Calculer la concentration en masse de cette solution.
Il applique la solution au pinceau et utilise 15 g d'acide oxalique. Quel volume de solution a-t-il utilisé ?
Au laboratoire, on dissout 4,0 g d'hydroxyde de sodium \(\text{NaOH}\) (\(M = 40\) g/mol), puis on complète avec de l'eau jusqu'à un volume final de 500 mL. Calculer la concentration molaire de la solution.
Une solution d'acide chlorhydrique a une concentration molaire de 0,50 mol/L. On dispose de 200 mL de cette solution. Masse molaire de HCl : 36,5 g/mol.
Calculer la quantité de matière de HCl dissoute.
En déduire la masse de HCl dissoute.
\(C = \dfrac{n}{V}\), donc \(n = C \times V = 0{,}50 \times 0{,}200 = \mathbf{0{,}10}\) mol.
\(m = n \times M = 0{,}10 \times 36{,}5 = \mathbf{3{,}65}\) g.
Exercice 10 — Passer de C à Cm
Sur une notice, la concentration molaire du sérum physiologique en chlorure de sodium est indiquée : \(C = 0{,}154\) mol/L. Masse molaire de NaCl : 58,5 g/mol.
Calculer la concentration en masse \(C_m\).
Ce résultat est-il cohérent avec les 9,0 g/L de l'exercice 6 ?
Un élève affirme : « 0,154 est plus petit que 9,0, donc la première solution est moins concentrée. » Que penser de cette phrase ?
\(C_m = C \times M = 0{,}154 \times 58{,}5 = 9{,}01 \approx \mathbf{9{,}0}\) g/L.
Oui : on retrouve 9,0 g/L. Les deux valeurs décrivent la même solution.
La phrase est fausse. 0,154 mol/L et 9,0 g/L n'ont pas la même unité : on ne peut pas les comparer directement. Il faut d'abord convertir avec \(C_m = C \times M\).
C3 — Préparer une solution par dissolution
Rappel de cours
Le solvant dissout le soluté. Une solution aqueuse a l'eau pour solvant. La dissolution consiste à dissoudre une espèce dans un solvant ; la dilution consiste à ajouter du solvant à une solution déjà préparée.
Pour préparer un volume \(V\) de solution à la concentration \(C\) : \(n = C \times V\), puis \(m = n \times M\).
Protocole : peser dans un récipient taré ; transférer dans la fiole jaugée en rinçant ; dissoudre dans une quantité d'eau inférieure au volume final ; compléter jusqu'au trait de jauge, les dernières gouttes une à une, en lisant le bas du ménisque à hauteur des yeux ; boucher et homogénéiser ; étiqueter.
Exercice 11
Pour chaque situation, dire s'il s'agit d'une dissolution ou d'une dilution.
On met du sucre en poudre dans de l'eau et on remue jusqu'à ce qu'il disparaisse.
On ajoute de l'eau à du sirop de menthe.
On prélève 10 mL d'une solution et on complète avec de l'eau jusqu'à 100 mL.
On verse des cristaux d'acide oxalique dans de l'eau chaude.
Dans la situation a), nommer le solvant et le soluté.
a) Dissolution : on dissout un solide. b) Dilution : on ajoute de l'eau à une solution. c) Dilution. d) Dissolution.
Dans a), le solvant est l'eau et le soluté est le sucre.
Exercice 12
On veut préparer 200,0 mL d'une solution de chlorure de sodium de concentration \(C = 0{,}150\) mol/L. Masse molaire de NaCl : 58,5 g/mol.
Calculer la quantité de matière de NaCl nécessaire.
Calculer la masse à peser.
Quelle verrerie donne précisément le volume final de 200,0 mL ?
\(V = 0{,}2000\) L ; \(n = C \times V = 0{,}150 \times 0{,}2000 = \mathbf{0{,}0300}\) mol.
\(m = n \times M = 0{,}0300 \times 58{,}5 = 1{,}755 \approx \mathbf{1{,}76}\) g.
Une fiole jaugée de 200,0 mL. Un bécher ou une éprouvette ne sont pas assez précis.
Exercice 13
Un technicien de laboratoire prépare 1,00 L de solution de carbonate de sodium \(\text{Na}_2\text{CO}_3\) (\(M = 106\) g/mol) à 0,100 mol/L. Quelle masse doit-il peser ?
\(n = C \times V = 0{,}100 \times 1{,}00 = 0{,}100\) mol.
\(m = n \times M = 0{,}100 \times 106 = \mathbf{10{,}6}\) g.
Exercice 14 — Remettre le protocole dans l'ordre
Voici les étapes de la préparation de 100,0 mL de solution de glucose, dans le désordre.
Compléter avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge, les dernières gouttes une à une.
Peser la masse de glucose dans une coupelle posée sur la balance, après avoir fait la tare.
Boucher la fiole et la retourner plusieurs fois.
Remplir la fiole à moitié environ d'eau distillée, puis agiter jusqu'à dissolution complète.
Verser le glucose dans la fiole jaugée avec un entonnoir, puis rincer la coupelle et l'entonnoir au-dessus de la fiole.
Coller une étiquette : nom du soluté, concentration, date.
Écrire les lettres dans l'ordre du protocole.
Pourquoi rince-t-on la coupelle et l'entonnoir au-dessus de la fiole ?
Ordre : B – E – D – A – C – F.
Pour entraîner dans la fiole tout le glucose pesé. Sinon, il manquerait du soluté et la solution serait moins concentrée que prévu.
Exercice 15 — Ajuster au trait de jauge
Trois élèves ajustent le niveau de leur fiole jaugée de 100,0 mL. La figure montre le col des trois fioles.
Col de trois fioles jaugées de 100,0 mL. Trait rouge : trait de jauge. Bleu : solution ; sa surface est un peu creusée (ménisque).
Quelle fiole est correctement ajustée ? Justifier.
Que doit faire l'élève de la fiole A ?
La fiole C contient-elle 100,0 mL de solution ? Sa solution est-elle plus ou moins concentrée que prévu ? Que faut-il faire ?
La fiole B : le bas du ménisque touche le trait de jauge, lu à hauteur des yeux.
Ajouter de l'eau distillée goutte à goutte, jusqu'à ce que le bas du ménisque touche le trait.
Non : le volume dépasse 100,0 mL. La même masse de soluté est dans un volume plus grand : la solution est moins concentrée que prévu. On ne peut pas retirer l'eau en trop sans retirer du soluté : il faut refaire la préparation.
C4 — Préparer une solution par dilution
Rappel de cours
Lors d'une dilution, la quantité de soluté du prélèvement est conservée :
\(C_0\), \(V_0\) : concentration de la solution mère et volume prélevé ;
\(C_f\), \(V_f\) : concentration et volume de la solution fille.
Facteur de dilution : \(f = \dfrac{C_0}{C_f} = \dfrac{V_f}{V_0}\), supérieur à 1. La relation vaut aussi avec deux concentrations en masse (g/L).
On prélève \(V_0\) à la pipette jaugée avec une propipette, on le verse dans une fiole jaugée de volume \(V_f\) et on complète jusqu'au trait : on n'ajoute pas \(V_f\) d'eau.
Exercice 16
On prélève 10,0 mL de sérum physiologique à 9,0 g/L et on complète avec de l'eau distillée jusqu'à 100,0 mL.
Calculer le facteur de dilution.
Calculer la concentration en masse de la solution fille.
\(C_f = \dfrac{C_0}{f} = \dfrac{9{,}0}{10} = \mathbf{0{,}90}\) g/L. Vérification : \(C_0 V_0 = 9{,}0 \times 0{,}0100 = 0{,}090\) g et \(C_f V_f = 0{,}90 \times 0{,}1000 = 0{,}090\) g : la masse de soluté est conservée.
Exercice 17
Un ébéniste dispose d'une solution d'acide oxalique à 100 g/L. Pour un bois résineux, il préfère une solution moins concentrée, à 50 g/L. Il veut en préparer 1,00 L.
Quel volume de solution à 100 g/L doit-il prélever ?
Calculer le facteur de dilution.
\(V_0 = \dfrac{C_f \times V_f}{C_0} = \dfrac{50 \times 1{,}00}{100} = \mathbf{0{,}500}\) L, soit 500 mL. Il complète ensuite avec de l'eau jusqu'à 1,00 L.
On veut préparer 100,0 mL de solution à \(C_f = 0{,}0200\) mol/L à partir d'une solution mère à \(C_0 = 0{,}100\) mol/L.
Matériel disponible
Bécher de 100 mL ; éprouvette graduée de 100 mL ; pipettes jaugées de 10,0 mL, 20,0 mL et 25,0 mL ; fioles jaugées de 50,0 mL, 100,0 mL et 250,0 mL ; propipette
Calculer le volume \(V_0\) à prélever.
Choisir le matériel pour prélever \(V_0\), puis celui pour préparer la solution fille.
Pipette jaugée de 20,0 mL avec une propipette ; fiole jaugée de 100,0 mL. Le bécher et l'éprouvette ne sont pas assez précis.
Verser un peu de solution mère dans un bécher ; prélever 20,0 mL à la pipette jaugée, jamais à la bouche ; les verser dans la fiole jaugée ; compléter avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge ; boucher et retourner plusieurs fois ; étiqueter.
Exercice 19 — Analyser une erreur
Pour la préparation de l'exercice 18, Yanis prélève bien 20,0 mL de solution mère, les verse dans un bécher, puis ajoute 100 mL d'eau.
Quel est à peu près le volume final de sa solution ?
Sa solution est-elle plus ou moins concentrée que 0,0200 mol/L ? Calculer sa concentration environ.
Quelle consigne du cours n'a-t-il pas respectée ?
Environ \(20 + 100 = 120\) mL.
Le même soluté est dans un volume plus grand : la solution est moins concentrée. \(C_f \approx \dfrac{0{,}100 \times 20{,}0}{120} \approx \mathbf{0{,}0167}\) mol/L.
On complète jusqu'au volume final de 100,0 mL dans une fiole jaugée ; on n'ajoute pas 100 mL d'eau.
C5 — Déterminer une concentration par titrage à l'équivalence
À retenir
Un titrage utilise une réaction entre l'espèce à doser (concentration inconnue) et un réactif titrant de concentration connue, versé à la burette.
À l'équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. On la repère par le changement de couleur d'un indicateur coloré, ou par l'étude de la pente d'une courbe de titrage.
Volume versé : \(V_E = V_{\text{final}} - V_{\text{initial}}\). La relation à l'équivalence dépend de la réaction : elle est fournie. Pour une réaction 1:1 : \(C_A \times V_A = C_B \times V_E\).
Exercice 20
Lors d'un titrage, la burette indique 0,8 mL au départ et 13,1 mL quand l'indicateur coloré change de couleur.
Quel instrument contient la solution titrante ? Lequel a servi à prélever la solution à titrer ?
Calculer le volume \(V_E\) versé à l'équivalence.
Définir l'équivalence.
La burette contient la solution titrante ; la pipette jaugée a servi à prélever la solution à titrer.
\(V_E = 13{,}1 - 0{,}8 = \mathbf{12{,}3}\) mL. La lecture finale seule ne suffit pas : la burette ne partait pas de zéro.
À l'équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques.
Exercice 21
On titre \(V_A = 20{,}0\) mL d'une solution d'acide chlorhydrique par une solution d'hydroxyde de sodium de concentration \(C_B = 0{,}10\) mol/L. L'équivalence est atteinte pour \(V_E = 15{,}0\) mL. Relation fournie (réaction 1:1) : \(C_A \times V_A = C_B \times V_E\).
Isoler \(C_A\) dans la relation fournie.
Calculer la concentration de l'acide.
\(C_A = \dfrac{C_B \times V_E}{V_A}\). Les deux volumes sont dans la même unité (mL).
Un chauffagiste contrôle un produit détartrant pour chauffe-eau. On modélise son acide par l'acide chlorhydrique, qui réagit mole à mole avec l'hydroxyde de sodium. Au laboratoire, on titre 25,0 mL de produit avec une solution d'hydroxyde de sodium à 0,20 mol/L, en présence de phénolphtaléine. La première teinte rose persistante apparaît pour \(V_E = 12{,}5\) mL.
Que repère l'apparition de la teinte rose persistante ?
Calculer la concentration de l'acide dans le détartrant.
Calculer la quantité de matière, puis la masse d'acide dans un flacon de 500 mL (\(M(\text{HCl}) = 36{,}5\) g/mol).
Le changement de couleur de l'indicateur repère le point final du titrage, choisi aussi proche que possible de l'équivalence.
\(n = C_A \times V = 0{,}10 \times 0{,}500 = 0{,}050\) mol ; \(m = n \times M = 0{,}050 \times 36{,}5 \approx \mathbf{1{,}8}\) g.
Exercice 23 — Exploiter une courbe de titrage
On titre \(V_A = 20{,}0\) mL d'une solution d'acide chlorhydrique par une solution d'hydroxyde de sodium à \(C_B = 0{,}100\) mol/L. On mesure la conductivité \(\sigma\) de la solution après chaque ajout. Relation fournie (réaction 1:1) : \(C_A \times V_A = C_B \times V_E\).
\(V\) (mL)
0
2
4
6
8
10
14
16
18
20
\(\sigma\) (mS/cm)
4,0
3,6
3,2
2,8
2,4
2,0
1,9
2,2
2,5
2,8
Conductivité σ de la solution en fonction du volume V de solution titrante versé. Points : mesures du tableau.
Tracer la droite qui passe par les premiers points, puis celle qui passe par les derniers points.
L'équivalence correspond au changement de pente : lire \(V_E\) à l'intersection des deux droites.
Calculer \(C_A\).
Première droite : de 4,0 mS/cm à 0 mL, elle baisse de 0,2 mS/cm par mL. Seconde droite : elle monte de 0,15 mS/cm par mL, de 1,9 mS/cm à 14 mL jusqu'à 2,8 mS/cm à 20 mL.
Les deux droites se coupent pour \(V_E = \mathbf{12{,}0}\) mL (σ ≈ 1,6 mS/cm).
Exercice 24 — Tenir compte d'une dilution préalable
Le vinaigre blanc est trop concentré pour être titré directement. On le dilue 10 fois. On titre ensuite \(V_A = 10{,}0\) mL de vinaigre dilué par une solution d'hydroxyde de sodium à \(C_B = 0{,}100\) mol/L. L'indicateur change de couleur pour \(V_E = 13{,}4\) mL. Relation fournie (réaction 1:1) : \(C_A \times V_A = C_B \times V_E\).
Calculer la concentration \(C_A\) en acide acétique du vinaigre dilué.
Le vinaigre a été dilué 10 fois : il est 10 fois plus concentré. \(C = 10 \times 0{,}134 = \mathbf{1{,}34}\) mol/L.
Exercice 25 — Utiliser une relation fournie qui n'est pas 1:1
Un ébéniste fait contrôler son bain d'acide oxalique. Au laboratoire, on dilue le bain 20 fois, puis on titre \(V_A = 10{,}0\) mL de la solution diluée par une solution d'hydroxyde de sodium à \(C_B = 0{,}100\) mol/L. On obtient \(V_E = 12{,}0\) mL. Pour cette réaction, la relation fournie est : \(C_A \times V_A = \dfrac{C_B \times V_E}{2}\).
Calculer la concentration de la solution diluée.
En déduire la concentration molaire du bain.
Calculer la concentration en masse du bain, exprimée en acide oxalique \(\text{H}_2\text{C}_2\text{O}_4\) (\(M = 90\) g/mol). Le bain est-il proche des 100 g/L de l'exercice 7 ?
Le bain a été dilué 20 fois : \(C = 20 \times 0{,}0600 = \mathbf{1{,}20}\) mol/L.
\(C_m = C \times M = 1{,}20 \times 90 = \mathbf{108}\) g/L. Oui, c'est proche de 100 g/L.
Pour aller plus loin — hors programme du groupement 3
Pourcentage massique
Cette notion n'est pas au programme du groupement 3. Elle est proposée en complément.
Un pourcentage massique de 18 % signifie 18 g de soluté pour 100 g de solution. Avec la masse volumique de la solution, on retrouve la masse de soluté dans 1 L.
Exercice 26
Un vernis pour parquet en phase aqueuse contient 18 % en masse de résine (18 g de résine pour 100 g de vernis). La masse volumique du vernis est de 1 050 g/L. Calculer la masse de résine dans 1 L de vernis, puis sa concentration en masse.
1 L de vernis a une masse de 1 050 g.
Masse de résine dans 1 L : \(m = 0{,}18 \times 1\,050 = \mathbf{189}\) g.
\(C_m = 189\) g/L.
Le pH
Le pH n'est pas au programme du groupement 3 en Première. Il est proposé en complément.
Plus le pH est faible, plus la solution est acide.
Mesure : papier pH (à une unité près environ) ou pH-mètre (au dixième près environ).
Exercice 27
Classer les solutions suivantes de la plus acide à la plus basique :
Solution
pH
Vinaigre blanc
2,5
Eau pure
7
Décapant à la soude
13
Solution de nettoyage
5
Neutralisant de surface
9
De la plus acide à la plus basique : Vinaigre (2,5) – Solution de nettoyage (5) – Eau pure (7) – Neutralisant (9) – Décapant à la soude (13)
Exercice 28
Après le décapage d'un meuble à la soude (pH 13), un ébéniste rince la surface puis mesure le pH de l'eau de rinçage : il lit pH = 9. La surface est-elle neutralisée ? Que doit-il faire ?
pH = 9 > 7 : la surface est encore basique. Il faut poursuivre le rinçage selon la notice du décapant et sa fiche de données de sécurité, puis mesurer de nouveau le pH avant la finition. On n'improvise pas une neutralisation avec un acide domestique : la réaction peut chauffer ou provoquer des projections.
Exercice 29
Un agent de maintenance mesure le pH de trois produits d'entretien : A (pH = 1,5), B (pH = 6,8) et C (pH = 11).
Donner la nature (acide, neutre, basique) de chaque produit.
Le pH seul suffit-il pour choisir les protections à porter ?
A : très acide ; B : presque neutre ; C : basique.
Non. Le pH permet de classer les produits, mais il ne suffit pas à conclure qu'ils sont corrosifs ni à choisir les protections. Les valeurs de A et de C doivent alerter : il faut lire l'étiquette et la FDS de chaque produit, puis appliquer les mesures indiquées.
Sécurité chimique
La lecture d'une étiquette relève du domaine transversal « sécurité » du programme ; la fiche de données de sécurité (FDS) et les valeurs limites d'exposition ne sont pas au programme du chapitre. Ces exercices sont proposés en complément.
Toxicité : absorption par inhalation, ingestion ou contact avec la peau.
Inflammabilité : les solvants organiques s'enflamment facilement.
Corrosivité : les acides et les bases concentrés attaquent la peau et les matériaux.
Pictogrammes de danger (losanges à bord rouge) : flamme, corrosion, tête de mort, point d'exclamation, danger pour la santé.
Exercice 30
Un atelier utilise les produits suivants. Donner les risques principaux de chacun et les équipements de protection à prévoir :
White-spirit (solvant organique)
Soude caustique en solution (décapant)
Vernis polyuréthane bicomposant (contient des isocyanates)
White-spirit : les dangers exacts dépendent du produit ; consulter son étiquette et sa FDS. Éloigner les sources d'inflammation, capter les vapeurs et ventiler. Les gants et la protection des yeux se choisissent selon la FDS.
Soude caustique : corrosive, avec un risque de brûlures de la peau et des yeux. Limiter les projections ; porter les gants, la protection des yeux et le vêtement indiqués par la FDS.
Vernis polyuréthane : les isocyanates peuvent provoquer des allergies respiratoires et cutanées ; les autres dangers dépendent de la formulation. Travailler si possible en cabine ou avec un captage adapté. Choisir les gants, la protection des yeux et une éventuelle protection respiratoire d'après la FDS et l'évaluation du risque.
Exercice 31
Sur l'étiquette d'un vernis, on trouve trois pictogrammes. Dire ce que chacun signale :
une flamme noire dans un losange à bord rouge ;
un point d'exclamation noir dans un losange à bord rouge ;
une silhouette noire avec une étoile sur la poitrine, dans un losange à bord rouge.
Flamme : notamment produit inflammable ; la mention de danger précise le danger exact.
Point d'exclamation : notamment toxicité aiguë modérée, irritation ou allergie cutanée.
Silhouette (danger pour la santé) : notamment allergie respiratoire, effets cancérogènes, mutagènes ou toxiques pour la reproduction, toxicité pour certains organes.
Exercice 32
La fiche de données de sécurité (FDS) d'un vernis indique, pour un de ses composants : « VLEP-8 h : 400 ppm ; VLCT-15 min : 500 ppm ». Que signifient ces informations ?
VLEP-8 h : 400 ppm : valeur limite pour l'exposition moyenne sur une journée de travail de 8 heures.
VLCT-15 min : 500 ppm : valeur limite pour l'exposition moyenne sur 15 minutes ; ce n'est pas une « pointe » autorisée.
Il faut identifier le composant dans la FDS, évaluer l'exposition, réduire les émissions et capter les vapeurs à la source. Une protection respiratoire ne remplace pas ces mesures collectives.