Solutions aqueuses et concentration — Première Bac Pro ICCER
Durée : 10-15 min | Calculatrice autorisée
Barème : 20 points
Compléter les phrases suivantes :
a) Dans une solution aqueuse, le solvant est l'...
b) La substance dissoute s'appelle le ...
c) Un mélange homogène de soluté et de solvant s'appelle une ...
d) Dans un fluide caloporteur antigel, le soluté est le ... et le solvant est l'...
a) Le solvant est l'eau.
b) La substance dissoute s'appelle le soluté.
c) Un mélange homogène s'appelle une solution.
d) Le soluté est le propylène glycol (antigel) et le solvant est l'eau.
Calculer la masse molaire des molécules suivantes :
a) Eau \(\text{H}_2\text{O}\) : \(M = 2 \times 1 + 16 = ...\) g/mol
b) Chlorure de sodium \(\text{NaCl}\) : \(M = 23 + 35{,}5 = ...\) g/mol
a) \(M(\text{H}_2\text{O}) = 2 \times 1 + 16 = \mathbf{18} \text{ g/mol}\)
b) \(M(\text{NaCl}) = 23 + 35{,}5 = \mathbf{58{,}5} \text{ g/mol}\)
On dispose de 117 g de chlorure de sodium (\(M = 58{,}5 \text{ g/mol}\)).
Calculer la quantité de matière : \(n = \dfrac{117}{58{,}5} = ...\) mol
\(n = \dfrac{117}{58{,}5} = \mathbf{2} \text{ mol}\)
On dissout 30 g de sel dans 2 L d'eau.
a) Calculer la concentration en masse : \(C_m = \dfrac{30}{2} = ...\) g/L
b) Si on avait dissous 30 g dans 0,5 L, la concentration serait-elle plus grande ou plus petite ?
a) \(C_m = \dfrac{30}{2} = \mathbf{15} \text{ g/L}\)
b) \(C_m = \dfrac{30}{0{,}5} = 60 \text{ g/L}\) → la concentration est plus grande car le même soluté est dans un volume plus petit.
Pour chaque situation, indiquer s'il s'agit d'une dissolution ou d'une dilution :
a) Un technicien pèse 50 g de glycol et les verse dans 1 L d'eau → ...
b) Un technicien prélève 200 mL de solution concentrée et ajoute de l'eau pour obtenir 1 L → ...
a) C'est une dissolution (on part du soluté pur).
b) C'est une dilution (on part d'une solution déjà préparée et on ajoute du solvant).
Barème : 20 points
Compléter les phrases suivantes :
a) Le solvant d'une solution aqueuse est toujours l'...
b) La substance qu'on dissout dans l'eau s'appelle le ...
c) Un mélange homogène où l'on ne distingue plus les composants s'appelle une ...
d) Dans un liquide de refroidissement, le soluté est l'... et le solvant est l'...
a) Le solvant est toujours l'eau.
b) La substance dissoute s'appelle le soluté.
c) Un mélange homogène s'appelle une solution.
d) Le soluté est l'éthylène glycol (antigel) et le solvant est l'eau.
Calculer la masse molaire des molécules suivantes :
a) Dioxyde de carbone \(\text{CO}_2\) : \(M = 12 + 2 \times 16 = ...\) g/mol
b) Hydroxyde de calcium \(\text{Ca(OH)}_2\) : \(M = 40 + 2 \times (16 + 1) = ...\) g/mol
a) \(M(\text{CO}_2) = 12 + 2 \times 16 = \mathbf{44} \text{ g/mol}\)
b) \(M(\text{Ca(OH)}_2) = 40 + 2 \times (16 + 1) = 40 + 34 = \mathbf{74} \text{ g/mol}\)
On dispose de 148 g d'hydroxyde de calcium (\(M = 74 \text{ g/mol}\)).
Calculer la quantité de matière : \(n = \dfrac{148}{74} = ...\) mol
\(n = \dfrac{148}{74} = \mathbf{2} \text{ mol}\)
On dissout 45 g de produit antitartre dans 3 L d'eau.
a) Calculer la concentration en masse : \(C_m = \dfrac{45}{3} = ...\) g/L
b) Si on avait dissous 45 g dans 1,5 L, la concentration serait-elle plus grande ou plus petite ?
a) \(C_m = \dfrac{45}{3} = \mathbf{15} \text{ g/L}\)
b) \(C_m = \dfrac{45}{1{,}5} = 30 \text{ g/L}\) → la concentration est plus grande car le même soluté est dans un volume plus petit.
Pour chaque situation, indiquer s'il s'agit d'une dissolution ou d'une dilution :
a) Un technicien prélève 100 mL de solution d'antigel concentrée et ajoute de l'eau pour obtenir 500 mL → ...
b) Un technicien pèse 80 g d'antitartre en poudre et les verse dans 2 L d'eau → ...
a) C'est une dilution (on part d'une solution déjà préparée et on ajoute du solvant).
b) C'est une dissolution (on part du soluté pur en poudre).
Barème : 20 points
Calculer la masse molaire du propylène glycol \(\text{C}_3\text{H}_8\text{O}_2\).
On donne : \(M_C = 12\), \(M_H = 1\), \(M_O = 16\) g/mol.
\(M = 3 \times 12 + 8 \times 1 + 2 \times 16 = 36 + 8 + 32 = \mathbf{76} \text{ g/mol}\)
Un technicien chauffagiste doit préparer 5 L de solution de désembouant à une concentration en masse de \(C_m = 40 \text{ g/L}\).
a) Calculer la masse de désembouant à peser.
b) Décrire les étapes de la préparation par dissolution.
a) \(m = C_m \times V = 40 \times 5 = \mathbf{200} \text{ g}\)
b) Étapes :
Un installateur thermique dispose de 228 g de propylène glycol (\(M = 76 \text{ g/mol}\)) dissous dans 3 L de solution.
a) Calculer la quantité de matière de glycol.
b) Calculer la concentration molaire de la solution.
c) Calculer la concentration en masse et vérifier que \(C_m = C \times M\).
a) \(n = \dfrac{m}{M} = \dfrac{228}{76} = \mathbf{3} \text{ mol}\)
b) \(C = \dfrac{n}{V} = \dfrac{3}{3} = \mathbf{1} \text{ mol/L}\)
c) \(C_m = \dfrac{m}{V} = \dfrac{228}{3} = 76 \text{ g/L}\)
Vérification : \(C \times M = 1 \times 76 = 76 \text{ g/L} = C_m\) ✓
Un plombier chauffagiste prépare 10 L de fluide caloporteur à \(C_2 = 150 \text{ g/L}\) à partir d'une solution mère concentrée à \(C_1 = 500 \text{ g/L}\).
a) Calculer le volume de solution mère à prélever.
b) Quel est le facteur de dilution ?
a) \(C_1 V_1 = C_2 V_2\) donc \(V_1 = \dfrac{C_2 \times V_2}{C_1} = \dfrac{150 \times 10}{500} = \mathbf{3} \text{ L}\)
b) Facteur de dilution : \(F = \dfrac{C_1}{C_2} = \dfrac{500}{150} = \mathbf{3{,}33}\)
Un technicien de maintenance énergétique titre l'acidité de l'eau d'un circuit de chauffage. Il prélève \(V_A = 25 \text{ mL}\) d'eau et la titre avec une solution de soude à \(C_B = 0{,}05 \text{ mol/L}\). Le changement de couleur de l'indicateur est observé pour \(V_{B,\text{éq}} = 10 \text{ mL}\).
a) Écrire la relation à l'équivalence.
b) Calculer la concentration en acide de l'eau du circuit.
a) À l'équivalence : \(C_A \times V_A = C_B \times V_{B,\text{éq}}\)
b) \(C_A = \dfrac{C_B \times V_{B,\text{éq}}}{V_A} = \dfrac{0{,}05 \times 10}{25} = \mathbf{0{,}02} \text{ mol/L}\)
Barème : 20 points
Calculer la masse molaire de l'éthylène glycol \(\text{C}_2\text{H}_6\text{O}_2\).
On donne : \(M_C = 12\), \(M_H = 1\), \(M_O = 16\) g/mol.
\(M = 2 \times 12 + 6 \times 1 + 2 \times 16 = 24 + 6 + 32 = \mathbf{62} \text{ g/mol}\)
Un installateur thermique doit préparer 8 L de solution antitartre à une concentration en masse de \(C_m = 25 \text{ g/L}\).
a) Calculer la masse d'antitartre à peser.
b) Décrire les étapes de la préparation par dissolution.
a) \(m = C_m \times V = 25 \times 8 = \mathbf{200} \text{ g}\)
b) Étapes :
Un technicien chauffagiste dispose de 186 g d'éthylène glycol (\(M = 62 \text{ g/mol}\)) dissous dans 2 L de solution.
a) Calculer la quantité de matière de glycol.
b) Calculer la concentration molaire de la solution.
c) Calculer la concentration en masse et vérifier que \(C_m = C \times M\).
a) \(n = \dfrac{m}{M} = \dfrac{186}{62} = \mathbf{3} \text{ mol}\)
b) \(C = \dfrac{n}{V} = \dfrac{3}{2} = \mathbf{1{,}5} \text{ mol/L}\)
c) \(C_m = \dfrac{m}{V} = \dfrac{186}{2} = 93 \text{ g/L}\)
Vérification : \(C \times M = 1{,}5 \times 62 = 93 \text{ g/L} = C_m\) ✓
Un technicien CVC prépare 15 L de fluide caloporteur à \(C_2 = 200 \text{ g/L}\) à partir d'une solution mère concentrée à \(C_1 = 600 \text{ g/L}\).
a) Calculer le volume de solution mère à prélever.
b) Quel est le facteur de dilution ?
a) \(C_1 V_1 = C_2 V_2\) donc \(V_1 = \dfrac{C_2 \times V_2}{C_1} = \dfrac{200 \times 15}{600} = \mathbf{5} \text{ L}\)
b) Facteur de dilution : \(F = \dfrac{C_1}{C_2} = \dfrac{600}{200} = \mathbf{3}\)
Un plombier chauffagiste contrôle le pH de l'eau d'un circuit de chauffage en titrant son acidité. Il prélève \(V_A = 20 \text{ mL}\) d'eau et la titre avec une solution de soude à \(C_B = 0{,}04 \text{ mol/L}\). Le changement de couleur de l'indicateur est observé pour \(V_{B,\text{éq}} = 15 \text{ mL}\).
a) Écrire la relation à l'équivalence.
b) Calculer la concentration en acide de l'eau du circuit.
a) À l'équivalence : \(C_A \times V_A = C_B \times V_{B,\text{éq}}\)
b) \(C_A = \dfrac{C_B \times V_{B,\text{éq}}}{V_A} = \dfrac{0{,}04 \times 15}{20} = \mathbf{0{,}03} \text{ mol/L}\)
Barème : 20 points
Un technicien CVC doit préparer 20 L de fluide caloporteur à 30 % de glycol (concentration en masse : 300 g/L) à partir d'un bidon de glycol pur dont la masse volumique est \(\rho = 1\,036 \text{ g/L}\).
a) Quelle est la concentration en masse du glycol pur ?
b) Calculer le volume de glycol pur à prélever.
c) Quel volume d'eau faut-il ajouter ?
a) Le glycol pur a une concentration en masse égale à sa masse volumique : \(C_1 = 1\,036 \text{ g/L}\).
b) \(V_1 = \dfrac{C_2 \times V_2}{C_1} = \dfrac{300 \times 20}{1\,036} = \mathbf{5{,}79} \text{ L} \approx 5{,}8 \text{ L}\)
c) Volume d'eau : \(V_{\text{eau}} = V_2 - V_1 = 20 - 5{,}8 = \mathbf{14{,}2} \text{ L}\)
On prépare une solution de carbonate de calcium \(\text{CaCO}_3\) (\(M = 100 \text{ g/mol}\)) en dissolvant 5 g dans 500 mL d'eau.
a) Calculer la quantité de matière de \(\text{CaCO}_3\).
b) Calculer la concentration molaire.
c) Calculer la concentration en masse et vérifier avec \(C_m = C \times M\).
a) \(n = \dfrac{m}{M} = \dfrac{5}{100} = \mathbf{0{,}05} \text{ mol}\)
b) \(V = 500 \text{ mL} = 0{,}5 \text{ L}\). \(C = \dfrac{n}{V} = \dfrac{0{,}05}{0{,}5} = \mathbf{0{,}1} \text{ mol/L}\)
c) \(C_m = \dfrac{m}{V} = \dfrac{5}{0{,}5} = 10 \text{ g/L}\). Vérification : \(C \times M = 0{,}1 \times 100 = 10 \text{ g/L}\) ✓
Un installateur de pompes à chaleur doit diluer une solution mère de désembouant concentrée à \(C_1 = 2 \text{ mol/L}\) pour obtenir 4 solutions filles de volumes et concentrations différents :
a) Calculer le volume de solution mère nécessaire pour chaque solution fille.
b) Quelle solution nécessite le plus grand volume de solution mère ?
a) Solution A : \(V_1 = \dfrac{C_2 \times V_2}{C_1} = \dfrac{0{,}5 \times 2}{2} = \mathbf{0{,}5} \text{ L}\)
Solution B : \(V_1 = \dfrac{0{,}2 \times 5}{2} = \mathbf{0{,}5} \text{ L}\)
b) Les deux solutions nécessitent le même volume de solution mère (0,5 L). En effet, la quantité de matière de soluté est identique : \(n_A = 0{,}5 \times 2 = 1 \text{ mol}\) et \(n_B = 0{,}2 \times 5 = 1 \text{ mol}\).
Un technicien en énergies renouvelables titre la dureté de l'eau d'un circuit. Il prélève \(V_A = 50 \text{ mL}\) d'eau et la titre avec une solution d'EDTA à \(C_B = 0{,}02 \text{ mol/L}\). Le point d'équivalence est atteint pour \(V_{B,\text{éq}} = 12{,}5 \text{ mL}\).
a) Calculer la concentration en ions calcium de l'eau du circuit.
b) En déduire la concentration en masse sachant que \(M(\text{Ca}^{2+}) = 40 \text{ g/mol}\).
c) La norme recommande une dureté inférieure à 0,5 g/L en calcium pour un circuit de chauffage. L'eau est-elle conforme ?
a) \(C_A = \dfrac{C_B \times V_{B,\text{éq}}}{V_A} = \dfrac{0{,}02 \times 12{,}5}{50} = \mathbf{0{,}005} \text{ mol/L}\)
b) \(C_m = C \times M = 0{,}005 \times 40 = \mathbf{0{,}2} \text{ g/L}\)
c) \(0{,}2 < 0{,}5\) g/L → l'eau est conforme à la norme.
Un technicien chauffagiste prépare une solution d'acide chlorhydrique \(\text{HCl}\) (\(M = 36{,}5 \text{ g/mol}\)). Il dispose d'une solution commerciale concentrée à \(C_1 = 12 \text{ mol/L}\) et veut obtenir 2 L de solution à \(C_2 = 0{,}1 \text{ mol/L}\).
a) Calculer le volume de solution commerciale à prélever (en mL).
b) Calculer le facteur de dilution.
c) Calculer la masse de HCl contenue dans la solution fille.
a) \(V_1 = \dfrac{C_2 \times V_2}{C_1} = \dfrac{0{,}1 \times 2}{12} = 0{,}01\overline{6} \text{ L} = \mathbf{16{,}7} \text{ mL}\)
b) Facteur de dilution : \(F = \dfrac{C_1}{C_2} = \dfrac{12}{0{,}1} = \mathbf{120}\)
c) \(n = C_2 \times V_2 = 0{,}1 \times 2 = 0{,}2 \text{ mol}\)
\(m = n \times M = 0{,}2 \times 36{,}5 = \mathbf{7{,}3} \text{ g}\)
Barème : 20 points
Un installateur thermique doit préparer 25 L de fluide caloporteur à 35 % d'éthylène glycol (concentration en masse : 350 g/L) à partir d'un bidon de glycol pur dont la masse volumique est \(\rho = 1\,113 \text{ g/L}\).
a) Quelle est la concentration en masse du glycol pur ?
b) Calculer le volume de glycol pur à prélever.
c) Quel volume d'eau faut-il ajouter ?
a) Le glycol pur a une concentration en masse égale à sa masse volumique : \(C_1 = 1\,113 \text{ g/L}\).
b) \(V_1 = \dfrac{C_2 \times V_2}{C_1} = \dfrac{350 \times 25}{1\,113} = \mathbf{7{,}86} \text{ L} \approx 7{,}9 \text{ L}\)
c) Volume d'eau : \(V_{\text{eau}} = V_2 - V_1 = 25 - 7{,}9 = \mathbf{17{,}1} \text{ L}\)
On prépare une solution de sulfate de cuivre \(\text{CuSO}_4\) (\(M = 160 \text{ g/mol}\)) en dissolvant 8 g dans 250 mL d'eau.
a) Calculer la quantité de matière de \(\text{CuSO}_4\).
b) Calculer la concentration molaire.
c) Calculer la concentration en masse et vérifier avec \(C_m = C \times M\).
a) \(n = \dfrac{m}{M} = \dfrac{8}{160} = \mathbf{0{,}05} \text{ mol}\)
b) \(V = 250 \text{ mL} = 0{,}25 \text{ L}\). \(C = \dfrac{n}{V} = \dfrac{0{,}05}{0{,}25} = \mathbf{0{,}2} \text{ mol/L}\)
c) \(C_m = \dfrac{m}{V} = \dfrac{8}{0{,}25} = 32 \text{ g/L}\). Vérification : \(C \times M = 0{,}2 \times 160 = 32 \text{ g/L}\) ✓
Un technicien chauffagiste doit diluer une solution mère d'inhibiteur de corrosion concentrée à \(C_1 = 3 \text{ mol/L}\) pour obtenir deux solutions filles :
a) Calculer le volume de solution mère nécessaire pour chaque solution fille.
b) Quelle solution nécessite le plus grand volume de solution mère ?
a) Solution A : \(V_1 = \dfrac{C_2 \times V_2}{C_1} = \dfrac{0{,}3 \times 4}{3} = \mathbf{0{,}4} \text{ L}\)
Solution B : \(V_1 = \dfrac{0{,}1 \times 6}{3} = \mathbf{0{,}2} \text{ L}\)
b) La solution A nécessite le plus grand volume de solution mère (0,4 L > 0,2 L) car elle contient plus de soluté : \(n_A = 0{,}3 \times 4 = 1{,}2 \text{ mol}\) contre \(n_B = 0{,}1 \times 6 = 0{,}6 \text{ mol}\).
Un technicien de maintenance énergétique titre la concentration en chlorures de l'eau d'un circuit. Il prélève \(V_A = 40 \text{ mL}\) d'eau et la titre avec une solution de nitrate d'argent à \(C_B = 0{,}025 \text{ mol/L}\). Le point d'équivalence est atteint pour \(V_{B,\text{éq}} = 8 \text{ mL}\).
a) Calculer la concentration en ions chlorure de l'eau du circuit.
b) En déduire la concentration en masse sachant que \(M(\text{Cl}^{-}) = 35{,}5 \text{ g/mol}\).
c) La norme recommande une concentration inférieure à 0,3 g/L en chlorures pour un circuit de chauffage. L'eau est-elle conforme ?
a) \(C_A = \dfrac{C_B \times V_{B,\text{éq}}}{V_A} = \dfrac{0{,}025 \times 8}{40} = \mathbf{0{,}005} \text{ mol/L}\)
b) \(C_m = C \times M = 0{,}005 \times 35{,}5 = \mathbf{0{,}178} \text{ g/L}\)
c) \(0{,}178 < 0{,}3\) g/L → l'eau est conforme à la norme.
Un plombier chauffagiste prépare une solution d'acide sulfurique \(\text{H}_2\text{SO}_4\) (\(M = 98 \text{ g/mol}\)). Il dispose d'une solution commerciale concentrée à \(C_1 = 18 \text{ mol/L}\) et veut obtenir 1 L de solution à \(C_2 = 0{,}5 \text{ mol/L}\).
a) Calculer le volume de solution commerciale à prélever (en mL).
b) Calculer le facteur de dilution.
c) Calculer la masse de \(\text{H}_2\text{SO}_4\) contenue dans la solution fille.
a) \(V_1 = \dfrac{C_2 \times V_2}{C_1} = \dfrac{0{,}5 \times 1}{18} = 0{,}0278 \text{ L} = \mathbf{27{,}8} \text{ mL}\)
b) Facteur de dilution : \(F = \dfrac{C_1}{C_2} = \dfrac{18}{0{,}5} = \mathbf{36}\)
c) \(n = C_2 \times V_2 = 0{,}5 \times 1 = 0{,}5 \text{ mol}\)
\(m = n \times M = 0{,}5 \times 98 = \mathbf{49} \text{ g}\)