Solutions chimiques et concentration — Physique-Chimie — Seconde Bac Pro
Durée : 10-15 min | Calculatrice autorisée
Barème : 20 points
Classer les mélanges suivants en « homogène » ou « hétérogène » :
a) De l'eau sucrée
b) De la sciure de bois dans de l'eau
c) Du vinaigre (solution d'acide acétique dans l'eau)
a) Homogène — le sucre est dissous, on ne le voit plus.
b) Hétérogène — on distingue la sciure qui flotte ou se dépose.
c) Homogène — le vinaigre est une solution aqueuse uniforme.
Un produit de nettoyage du bois contient 20 g de principe actif dans 500 mL de solution.
a) Convertir le volume en litres : \(V = 500 \text{ mL} = \dfrac{500}{1\,000} = ...\) L
b) Calculer la concentration massique : \(C_m = \dfrac{20}{...} = ...\) g/L
a) \(V = \dfrac{500}{1\,000} = \mathbf{0{,}500 \text{ L}}\)
b) \(C_m = \dfrac{20}{0{,}500} = \mathbf{40 \text{ g/L}}\)
On veut préparer 250 mL d'une solution de dégraissant de concentration \(C_m = 30 \text{ g/L}\).
a) Convertir le volume : \(V = ...\) L
b) Calculer la masse de soluté : \(m = C_m \times V = 30 \times ... = ...\) g
c) Quel instrument utilise-t-on pour mesurer précisément le volume final de solution ?
a) \(V = 0{,}250 \text{ L}\)
b) \(m = 30 \times 0{,}250 = \mathbf{7{,}5 \text{ g}}\)
c) On utilise une fiole jaugée de 250 mL.
En atelier, un artisan dispose de trois produits :
| Produit | pH |
|---|---|
| Décapant bois | 12 |
| Eau distillée | 7 |
| Détartrant | 3 |
a) Classer ces produits du plus acide au plus basique.
b) Quel produit est neutre ?
c) Le décapant est-il dangereux ? Pourquoi faut-il porter des gants ?
a) Détartrant (pH 3) < Eau distillée (pH 7) < Décapant (pH 12)
b) L'eau distillée (pH = 7).
c) Oui. Le décapant est très basique (pH 12), il est corrosif. Il peut provoquer des brûlures chimiques sur la peau. Le port de gants est obligatoire.
Un menuisier prépare un produit de traitement du bois en dissolvant un fongicide dans de l'eau.
a) Quel est le soluté ? Quel est le solvant ?
b) Comment appelle-t-on ce type de solution ?
c) Citer les 4 étapes principales de la préparation d'une solution par dissolution.
a) Soluté : le fongicide. Solvant : l'eau.
b) C'est une solution aqueuse (le solvant est l'eau).
c) 1. Peser le soluté — 2. Dissoudre dans un peu d'eau — 3. Transférer dans la fiole jaugée — 4. Compléter au trait de jauge et homogénéiser.
Barème : 20 points
Classer les mélanges suivants en « homogène » ou « hétérogène » :
a) Du sel dissous dans de l'eau
b) De la poudre de craie dans de l'eau
c) Du sirop de grenadine mélangé à de l'eau
a) Homogène — le sel est dissous, on ne le voit plus.
b) Hétérogène — on distingue la craie en suspension ou qui se dépose.
c) Homogène — le sirop est une solution aqueuse uniforme.
Un produit de protection du bois contient 15 g de principe actif dans 250 mL de solution.
a) Convertir le volume en litres : \(V = 250 \text{ mL} = \dfrac{250}{1\,000} = ...\) L
b) Calculer la concentration massique : \(C_m = \dfrac{15}{...} = ...\) g/L
a) \(V = \dfrac{250}{1\,000} = \mathbf{0{,}250 \text{ L}}\)
b) \(C_m = \dfrac{15}{0{,}250} = \mathbf{60 \text{ g/L}}\)
On veut préparer 200 mL d'une solution de nettoyant de concentration \(C_m = 50 \text{ g/L}\).
a) Convertir le volume : \(V = ...\) L
b) Calculer la masse de soluté : \(m = C_m \times V = 50 \times ... = ...\) g
c) Quel instrument utilise-t-on pour mesurer précisément le volume final de solution ?
a) \(V = 0{,}200 \text{ L}\)
b) \(m = 50 \times 0{,}200 = \mathbf{10 \text{ g}}\)
c) On utilise une fiole jaugée de 200 mL.
En atelier, un artisan dispose de trois produits :
| Produit | pH |
|---|---|
| Nettoyant pour pinceaux | 13 |
| Eau du robinet | 7 |
| Vinaigre blanc | 2 |
a) Classer ces produits du plus acide au plus basique.
b) Quel produit est neutre ?
c) Le nettoyant est-il dangereux ? Pourquoi faut-il porter des gants ?
a) Vinaigre blanc (pH 2) < Eau du robinet (pH 7) < Nettoyant pour pinceaux (pH 13)
b) L'eau du robinet (pH = 7).
c) Oui. Le nettoyant est très basique (pH 13), il est corrosif. Il peut provoquer des brûlures chimiques sur la peau. Le port de gants est obligatoire.
Un artisan menuisier prépare un bain de teinture en dissolvant un colorant dans de l'eau.
a) Quel est le soluté ? Quel est le solvant ?
b) Comment appelle-t-on ce type de solution ?
c) Citer les 4 étapes principales de la préparation d'une solution par dissolution.
a) Soluté : le colorant. Solvant : l'eau.
b) C'est une solution aqueuse (le solvant est l'eau).
c) 1. Peser le soluté — 2. Dissoudre dans un peu d'eau — 3. Transférer dans la fiole jaugée — 4. Compléter au trait de jauge et homogénéiser.
Barème : 20 points
Un produit de traitement du bois contient 45 g de principe actif dissous dans 750 mL de solution.
a) Calculer la concentration massique \(C_m\) en g/L.
b) Quelle masse de principe actif contiennent 2 L de cette solution ?
a) \(V = 0{,}750 \text{ L}\). \(C_m = \dfrac{45}{0{,}750} = \mathbf{60 \text{ g/L}}\)
b) \(m = C_m \times V = 60 \times 2 = \mathbf{120 \text{ g}}\)
Un artisan menuisier dispose d'un nettoyant bois concentré de concentration \(C_{m1} = 200 \text{ g/L}\). La fiche technique recommande une dilution au 1/10 avant utilisation.
a) Quelle est la concentration de la solution prête à l'emploi \(C_{m2}\) ?
b) Quel volume de concentré \(V_1\) faut-il prélever pour préparer 1 L de solution diluée ?
c) Vérifier que la masse de soluté est conservée lors de la dilution.
a) \(C_{m2} = \dfrac{C_{m1}}{F} = \dfrac{200}{10} = \mathbf{20 \text{ g/L}}\)
b) \(V_1 = \dfrac{C_{m2} \times V_2}{C_{m1}} = \dfrac{20 \times 1}{200} = \mathbf{0{,}1 \text{ L} = 100 \text{ mL}}\)
c) Masse avant : \(m = C_{m1} \times V_1 = 200 \times 0{,}1 = 20 \text{ g}\). Masse après : \(m = C_{m2} \times V_2 = 20 \times 1 = 20 \text{ g}\). La masse est bien conservée.
Un décapant chimique a un pH de 11,5. Un détartrant a un pH de 2,8.
a) Quel produit est acide ? Lequel est basique ?
b) Peut-on les mélanger directement ? Justifier.
c) Quels équipements de protection individuelle sont nécessaires pour manipuler ces produits ?
a) Le détartrant (pH 2,8) est acide. Le décapant (pH 11,5) est basique.
b) Non. Le mélange d'un produit très acide et d'un produit très basique provoque une réaction violente (dégagement de chaleur, projections) → risque de brûlures chimiques graves.
c) Gants de protection, lunettes de sécurité, éventuellement tablier. Travailler dans un local ventilé.
On dissout 5{,}85 g de chlorure de sodium (NaCl) dans 500 mL d'eau. La masse molaire du NaCl est \(M = 58{,}5 \text{ g/mol}\).
a) Calculer la concentration massique \(C_m\).
b) Calculer la quantité de matière \(n\) de NaCl dissous.
a) \(C_m = \dfrac{5{,}85}{0{,}500} = \mathbf{11{,}7 \text{ g/L}}\)
b) \(n = \dfrac{m}{M} = \dfrac{5{,}85}{58{,}5} = \mathbf{0{,}1 \text{ mol}}\)
Décrire les 4 étapes du protocole de préparation d'une solution par dissolution. Préciser la verrerie utilisée à chaque étape.
Barème : 20 points
Un vernis de finition contient 36 g de résine dissoute dans 600 mL de solution.
a) Calculer la concentration massique \(C_m\) en g/L.
b) Quelle masse de résine contiennent 1,5 L de cette solution ?
a) \(V = 0{,}600 \text{ L}\). \(C_m = \dfrac{36}{0{,}600} = \mathbf{60 \text{ g/L}}\)
b) \(m = C_m \times V = 60 \times 1{,}5 = \mathbf{90 \text{ g}}\)
Un artisan menuisier dispose d'un décapant concentré de concentration \(C_{m1} = 150 \text{ g/L}\). La fiche technique recommande une dilution au 1/5 avant utilisation.
a) Quelle est la concentration de la solution prête à l'emploi \(C_{m2}\) ?
b) Quel volume de concentré \(V_1\) faut-il prélever pour préparer 2 L de solution diluée ?
c) Vérifier que la masse de soluté est conservée lors de la dilution.
a) \(C_{m2} = \dfrac{C_{m1}}{F} = \dfrac{150}{5} = \mathbf{30 \text{ g/L}}\)
b) \(V_1 = \dfrac{C_{m2} \times V_2}{C_{m1}} = \dfrac{30 \times 2}{150} = \mathbf{0{,}4 \text{ L} = 400 \text{ mL}}\)
c) Masse avant : \(m = C_{m1} \times V_1 = 150 \times 0{,}4 = 60 \text{ g}\). Masse après : \(m = C_{m2} \times V_2 = 30 \times 2 = 60 \text{ g}\). La masse est bien conservée.
Un produit de traitement du bois a un pH de 13. Un nettoyant acide a un pH de 1,5.
a) Quel produit est acide ? Lequel est basique ?
b) Peut-on les mélanger directement ? Justifier.
c) Quels équipements de protection individuelle sont nécessaires pour manipuler ces produits ?
a) Le nettoyant acide (pH 1,5) est acide. Le produit de traitement du bois (pH 13) est basique.
b) Non. Le mélange d'un produit très acide et d'un produit très basique provoque une réaction violente (dégagement de chaleur, projections) → risque de brûlures chimiques graves.
c) Gants de protection, lunettes de sécurité, éventuellement tablier. Travailler dans un local ventilé.
On dissout 7{,}30 g de chlorure de calcium (\(\text{CaCl}_2\)) dans 250 mL d'eau. La masse molaire du \(\text{CaCl}_2\) est \(M = 111 \text{ g/mol}\).
a) Calculer la concentration massique \(C_m\).
b) Calculer la quantité de matière \(n\) de \(\text{CaCl}_2\) dissous.
a) \(C_m = \dfrac{7{,}30}{0{,}250} = \mathbf{29{,}2 \text{ g/L}}\)
b) \(n = \dfrac{m}{M} = \dfrac{7{,}30}{111} \approx \mathbf{0{,}066 \text{ mol}}\)
Décrire les 4 étapes du protocole de préparation d'une solution par dilution. Préciser la verrerie utilisée à chaque étape.
Barème : 20 points
Un fabricant de mobilier prépare un bain de teinture pour le bois. Il dissout 120 g de colorant dans 4 L d'eau.
a) Calculer la concentration massique \(C_m\).
b) La masse molaire du colorant est \(M = 240 \text{ g/mol}\). Calculer la concentration molaire \(C\).
c) Vérifier la relation \(C_m = C \times M\).
a) \(C_m = \dfrac{120}{4} = \mathbf{30 \text{ g/L}}\)
b) \(C = \dfrac{C_m}{M} = \dfrac{30}{240} = \mathbf{0{,}125 \text{ mol/L}}\)
c) \(C \times M = 0{,}125 \times 240 = 30 \text{ g/L} = C_m\) ✓
Un menuisier agenceur doit préparer 500 mL d'une solution de décapant à \(C_{m2} = 25 \text{ g/L}\) à partir d'une solution mère concentrée à \(C_{m1} = 150 \text{ g/L}\).
a) Calculer le volume \(V_1\) de solution mère à prélever.
b) Déterminer le facteur de dilution \(F\).
c) Décrire le protocole de dilution en précisant la verrerie utilisée.
a) \(C_{m1} \times V_1 = C_{m2} \times V_2\) donc \(V_1 = \dfrac{C_{m2} \times V_2}{C_{m1}} = \dfrac{25 \times 0{,}500}{150} = \mathbf{0{,}0833 \text{ L} \approx 83{,}3 \text{ mL}}\)
b) \(F = \dfrac{V_2}{V_1} = \dfrac{500}{83{,}3} = \mathbf{6}\) (la concentration est divisée par 6).
c) Prélever 83,3 mL de solution mère avec une pipette jaugée (ou éprouvette graduée). L'introduire dans une fiole jaugée de 500 mL. Compléter avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. Boucher et homogénéiser par retournements.
L'acide acétique (\(\text{CH}_3\text{COOH}\)) est utilisé comme solvant pour certains produits de finition du bois. Sa masse molaire est \(M = 60 \text{ g/mol}\).
a) On dispose de 300 mL de solution à \(C_m = 18 \text{ g/L}\). Calculer la masse d'acide acétique présente.
b) En déduire la quantité de matière \(n\) d'acide acétique.
c) Calculer la concentration molaire \(C\) de cette solution.
a) \(m = C_m \times V = 18 \times 0{,}300 = \mathbf{5{,}4 \text{ g}}\)
b) \(n = \dfrac{m}{M} = \dfrac{5{,}4}{60} = \mathbf{0{,}09 \text{ mol}}\)
c) \(C = \dfrac{n}{V} = \dfrac{0{,}09}{0{,}300} = \mathbf{0{,}3 \text{ mol/L}}\)
On réalise trois dilutions successives d'un produit de traitement de concentration initiale \(C_0 = 500 \text{ g/L}\). Chaque dilution est au 1/5.
a) Calculer la concentration après chaque dilution (\(C_1\), \(C_2\), \(C_3\)).
b) Quel est le facteur de dilution total après les 3 dilutions ?
a) \(C_1 = \dfrac{500}{5} = \mathbf{100 \text{ g/L}}\)
\(C_2 = \dfrac{100}{5} = \mathbf{20 \text{ g/L}}\)
\(C_3 = \dfrac{20}{5} = \mathbf{4 \text{ g/L}}\)
b) Facteur de dilution total : \(F = 5 \times 5 \times 5 = \mathbf{125}\). On vérifie : \(\dfrac{C_0}{C_3} = \dfrac{500}{4} = 125\) ✓
Un fournisseur propose deux produits de traitement du bois :
Lequel est le plus économique en termes de masse de soluté par euro dépensé ?
Produit A : \(m_A = 40 \times 5 = 200 \text{ g}\). Prix par gramme : \(\dfrac{25}{200} = 0{,}125 \text{ €/g}\).
Produit B : \(m_B = 120 \times 2 = 240 \text{ g}\). Prix par gramme : \(\dfrac{18}{240} = 0{,}075 \text{ €/g}\).
Le produit B est plus économique : 0,075 €/g contre 0,125 €/g pour le produit A.
Barème : 20 points
Un ébéniste prépare un bain de teinture pour le bois. Il dissout 90 g de colorant dans 3 L d'eau.
a) Calculer la concentration massique \(C_m\).
b) La masse molaire du colorant est \(M = 180 \text{ g/mol}\). Calculer la concentration molaire \(C\).
c) Vérifier la relation \(C_m = C \times M\).
a) \(C_m = \dfrac{90}{3} = \mathbf{30 \text{ g/L}}\)
b) \(C = \dfrac{C_m}{M} = \dfrac{30}{180} \approx \mathbf{0{,}167 \text{ mol/L}}\)
c) \(C \times M = 0{,}167 \times 180 \approx 30 \text{ g/L} = C_m\) ✓
Un installateur d'agencement doit préparer 250 mL d'une solution de nettoyant à \(C_{m2} = 40 \text{ g/L}\) à partir d'une solution mère concentrée à \(C_{m1} = 200 \text{ g/L}\).
a) Calculer le volume \(V_1\) de solution mère à prélever.
b) Déterminer le facteur de dilution \(F\).
c) Décrire le protocole de dilution en précisant la verrerie utilisée.
a) \(C_{m1} \times V_1 = C_{m2} \times V_2\) donc \(V_1 = \dfrac{C_{m2} \times V_2}{C_{m1}} = \dfrac{40 \times 0{,}250}{200} = \mathbf{0{,}050 \text{ L} = 50 \text{ mL}}\)
b) \(F = \dfrac{V_2}{V_1} = \dfrac{250}{50} = \mathbf{5}\) (la concentration est divisée par 5).
c) Prélever 50 mL de solution mère avec une pipette jaugée. L'introduire dans une fiole jaugée de 250 mL. Compléter avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. Boucher et homogénéiser par retournements.
L'hydroxyde de sodium (\(\text{NaOH}\)) est utilisé comme base dans certains décapants. Sa masse molaire est \(M = 40 \text{ g/mol}\).
a) On dispose de 500 mL de solution à \(C_m = 24 \text{ g/L}\). Calculer la masse d'hydroxyde de sodium présente.
b) En déduire la quantité de matière \(n\) d'hydroxyde de sodium.
c) Calculer la concentration molaire \(C\) de cette solution.
a) \(m = C_m \times V = 24 \times 0{,}500 = \mathbf{12 \text{ g}}\)
b) \(n = \dfrac{m}{M} = \dfrac{12}{40} = \mathbf{0{,}3 \text{ mol}}\)
c) \(C = \dfrac{n}{V} = \dfrac{0{,}3}{0{,}500} = \mathbf{0{,}6 \text{ mol/L}}\)
On réalise trois dilutions successives d'un produit de traitement de concentration initiale \(C_0 = 600 \text{ g/L}\). Chaque dilution est au 1/3.
a) Calculer la concentration après chaque dilution (\(C_1\), \(C_2\), \(C_3\)).
b) Quel est le facteur de dilution total après les 3 dilutions ?
a) \(C_1 = \dfrac{600}{3} = \mathbf{200 \text{ g/L}}\)
\(C_2 = \dfrac{200}{3} \approx \mathbf{66{,}7 \text{ g/L}}\)
\(C_3 = \dfrac{66{,}7}{3} \approx \mathbf{22{,}2 \text{ g/L}}\)
b) Facteur de dilution total : \(F = 3 \times 3 \times 3 = \mathbf{27}\). On vérifie : \(\dfrac{C_0}{C_3} = \dfrac{600}{22{,}2} = 27\) ✓
Un fournisseur propose deux produits de protection du bois :
Lequel est le plus économique en termes de masse de soluté par euro dépensé ?
Produit A : \(m_A = 80 \times 3 = 240 \text{ g}\). Prix par gramme : \(\dfrac{30}{240} = 0{,}125 \text{ €/g}\).
Produit B : \(m_B = 200 \times 1 = 200 \text{ g}\). Prix par gramme : \(\dfrac{15}{200} = 0{,}075 \text{ €/g}\).
Le produit B est plus économique : 0,075 €/g contre 0,125 €/g pour le produit A.