Physique-Chimie — 2nde Bac Pro — Chimie

Chapitre 8 — Solutions chimiques et concentration

Préparation, dilution et pH des solutions d'atelier

Dernière mise à jour : 4 août 2026, 11:00

Objectifs du chapitre

Situation professionnelle — Préparation d'un produit de traitement

Un menuisier doit préparer une solution de traitement fongicide pour protéger des lambris en bois : la fiche technique indique une concentration massique précise, et il doit calculer la quantité de produit à dissoudre dans un volume d'eau donné pour obtenir la solution correcte.

1. Mélanges et solutions

Définition
Un mélange homogène a un aspect uniforme à l’œil nu : on ne distingue pas les constituants. Une solution est un mélange homogène liquide dans lequel un soluté est dissous dans un solvant.

Un mélange hétérogène présente des phases distinctes visibles (ex. huile + eau, sciure + eau).

Solution aqueuse

Quand le solvant est l’eau, on parle de solution aqueuse. Exemples courants :

Contexte professionnel
En atelier de menuiserie, de nombreux produits de traitement du bois (lasures, décapants, dégraissants, produits fongicides) sont des solutions présentant une concentration précise indiquée sur la fiche technique. Savoir lire et calculer cette concentration est indispensable pour utiliser ces produits correctement et en toute sécurité.
Mélange homogène (solution) Ex : sel dans l'eau — aspect uniforme Mélange hétérogène Huile (phase sup.) Eau (phase inf.) Ex : huile + eau — 2 phases visibles

Comparaison visuelle : mélange homogène (à gauche) vs hétérogène (à droite)

Application — Solution de nettoyage en atelier

Un menuisier prépare une solution de nettoyage en dissolvant 8 g de sel dans 200 g d'eau. Après agitation, le liquide devient parfaitement limpide.

  1. Ce mélange est-il homogène ou hétérogène ? Justifier.
  2. Identifier le soluté et le solvant.
  3. Quelle est la masse de la solution obtenue ?
  1. Le mélange est homogène : il a un aspect uniforme (limpide), on ne distingue pas les constituants à l'œil nu.
  2. Soluté = le sel (dissous, en plus petite quantité) ; solvant = l'eau (qui dissout, en plus grande quantité).
  3. Par conservation de la masse : \(m_{\text{solution}} = 8 + 200 = \mathbf{208\,\text{g}}\).

2. Dissolution et dissociation

Définition
La dissolution est le processus par lequel un soluté se mélange de façon homogène à un solvant. Le résultat est une solution.

Dissolution moléculaire

Pour un composé moléculaire comme le sucre (\(\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}\)), les molécules se dispersent telles quelles dans l’eau, sans se fragmenter :

Exemple
\[ \text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}(\text{s}) \xrightarrow{\text{eau}} \text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}(\text{aq}) \]

Dissociation ionique

Pour un sel ionique comme le chlorure de sodium (NaCl), la dissolution s’accompagne d’une dissociation : le composé se sépare en ions :

Exemple
\[ \text{NaCl}(\text{s}) \xrightarrow{\text{eau}} \text{Na}^+(\text{aq}) + \text{Cl}^-(\text{aq}) \]
Attention — Saturation
La solubilité d’un soluté est la masse maximale que l’on peut dissoudre dans 1 L de solvant à une température donnée. Au-delà de cette limite, la solution est saturée : tout soluté supplémentaire reste à l’état solide (dépôt au fond du récipient).
Application — Saturation d'une solution salée

La solubilité du sel de cuisine (chlorure de sodium) dans l'eau est d'environ 360 g/L à 25 °C. Un artisan verse 220 g de sel dans 500 mL d'eau et agite longuement.

  1. Quelle masse maximale de sel peut-on dissoudre dans ces 500 mL d'eau ?
  2. La solution obtenue est-elle saturée ? Que devient l'excès de sel ?
  1. \(V = 500\,\text{mL} = 0{,}500\,\text{L}\).
    Masse maximale dissoute : \(m_{\max} = 360 \times 0{,}500 = 180\,\text{g}\).
  2. On verse 220 g, or \(220\,\text{g} > 180\,\text{g}\) : la solution est saturée. L'excès de sel, soit \(220 - 180 = \mathbf{40\,\text{g}}\), ne se dissout pas et reste à l'état solide au fond (dépôt).

3. Concentration massique

Définition
La concentration massique \(C_m\) d’une solution est la masse de soluté dissous par unité de volume de solution.
\[ C_m = \frac{m}{V} \] \(C_m\) en g/L — \(m\) masse de soluté en g — \(V\) volume de solution en L
Méthode — Calculer \(m\) ou \(V\)
En isolant chaque grandeur depuis la formule \(C_m = m / V\) : Attention aux unités : \(C_m\) en g/L, \(m\) en g, \(V\) en L. Convertir les mL en L en divisant par 1 000.
Exemple résolu
Un produit décapant contient 25 g de principe actif dissous dans 500 mL de solution. Quelle est sa concentration massique ?

Données : \(m = 25\,\text{g}\) ; \(V = 500\,\text{mL} = 0{,}500\,\text{L}\)
\[ C_m = \frac{25}{0{,}500} = 50\,\text{g/L} \]
Application

Un produit de décapage du bois contient 36 g de principe actif dissous dans 600 mL de solution.

  1. Exprimer le volume en litres.
  2. Calculer la concentration massique \(C_m\) en g/L.
  1. \(V = 600\,\text{mL} = 0{,}600\,\text{L}\)
  2. \(\displaystyle C_m = \frac{m}{V} = \frac{36}{0{,}600} = \mathbf{60\,\text{g/L}}\)

4. Préparation d’une solution par dissolution

Protocole — Préparation d’une solution de volume \(V\) et de concentration \(C_m\)
  1. Calculer la masse de soluté nécessaire : \(m = C_m \times V\).
  2. Peser la masse \(m\) de soluté sur une balance de précision dans un bécher.
  3. Dissoudre le soluté dans un peu de solvant (environ la moitié du volume final) en agitant avec un agitateur en verre jusqu’à dissolution complète.
  4. Transférer quantitativement dans une fiole jaugée du volume \(V\) voulu (rincer le bécher plusieurs fois avec le solvant).
  5. Compléter avec le solvant jusqu’au trait de jauge (lire le bas du ménisque à hauteur des yeux).
  6. Boucher et agiter (retourner plusieurs fois) pour homogénéiser la solution.

Verrerie utilisée

MatérielRôle
Fiole jaugéeMesure précise du volume final de solution
BécherRécipient de dissolution provisoire
Balance de précisionPeser le soluté
Agitateur en verreAccélérer la dissolution
Entonnoir (si poudre)Transférer sans perte dans la fiole
Pissette d’eau distilléeRincer et compléter jusqu’au trait de jauge
① Peser m=?g Balance de précision ② Dissoudre Dissoudre dans un peu d'eau → ③ Fiole jaugée ← Trait de jauge Compléter au trait ④ Homogénéiser Boucher et retourner

Protocole de préparation d'une solution par dissolution (4 étapes)

Application

On souhaite préparer 250 mL d'une solution de dégraissant de concentration massique \(C_m = 40\,\text{g/L}\).

  1. Quelle masse \(m\) de soluté faut-il peser ?
  2. Décrire brièvement le protocole de préparation.
  1. \(V = 250\,\text{mL} = 0{,}250\,\text{L}\)
    \(m = C_m \times V = 40 \times 0{,}250 = \mathbf{10\,\text{g}}\)
  2. Peser 10 g de soluté → dissoudre dans un peu d'eau dans un bécher → transférer dans une fiole jaugée de 250 mL → compléter au trait de jauge avec de l'eau distillée → boucher et homogénéiser.

5. Dilution

Définition
Diluer une solution consiste à ajouter du solvant à une solution mère (concentration \(C_{m1}\), volume prélevé \(V_1\)) pour obtenir une solution fille plus diluée (concentration \(C_{m2} < C_{m1}\), volume final \(V_2 > V_1\)).
\[ C_{m1} \times V_1 = C_{m2} \times V_2 \] Conservation de la masse de soluté lors de la dilution — \(V\) en L ou mL (unité cohérente des deux côtés)
Facteur de dilution
Le facteur de dilution \(F\) indique combien de fois la concentration est divisée : \[ F = \frac{V_2}{V_1} = \frac{C_{m1}}{C_{m2}} \] Exemple : dilution au 1/10 → \(F = 10\) ; la concentration est divisée par 10.
Exemple résolu
Un produit de traitement du bois a une concentration mère \(C_{m1} = 200\,\text{g/L}\). On prélève \(V_1 = 50\,\text{mL}\) et on complète à \(V_2 = 500\,\text{mL}\). Calculer \(C_{m2}\).

\[ C_{m2} = \frac{C_{m1} \times V_1}{V_2} = \frac{200 \times 50}{500} = 20\,\text{g/L} \] Le facteur de dilution est \(F = 500 / 50 = 10\).
Protocole de dilution à la fiole jaugée
  1. Prélever le volume \(V_1\) de solution mère à la pipette jaugée.
  2. L’introduire dans une fiole jaugée de volume \(V_2\).
  3. Compléter avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge.
  4. Boucher et homogénéiser par retournements successifs.

Évolution de la concentration Cm2 en fonction du volume final V2 lors d'une dilution (Cm1=200 g/L, V1=50 mL)

🧪 Simulation interactive : Dilution d'une solution

Volume total : 100 mL — Concentration : 200 g/L

Application

Une lasure concentrée a une concentration massique \(C_{m1} = 300\,\text{g/L}\). On prélève \(V_1 = 100\,\text{mL}\) et on dilue dans une fiole jaugée de \(V_2 = 1\,\text{L}\).

  1. Calculer la concentration \(C_{m2}\) de la solution diluée.
  2. Quel est le facteur de dilution \(F\) ?
  3. La masse de soluté est-elle modifiée par la dilution ? Justifier.
  1. \(\displaystyle C_{m2} = \frac{C_{m1} \times V_1}{V_2} = \frac{300 \times 0{,}100}{1} = \mathbf{30\,\text{g/L}}\)
  2. \(F = V_2 / V_1 = 1\,000 / 100 = \mathbf{10}\) ; la concentration est divisée par 10.
  3. Non. La dilution consiste à ajouter du solvant uniquement. La masse de soluté reste \(m = C_{m1} \times V_1 = 300 \times 0{,}100 = 30\,\text{g}\) avant et après dilution.
Application — Nettoyant acide pour façade

Un maçon dispose d’un nettoyant acide concentré à \(C_{m1} = 150\,\text{g/L}\), à diluer avant application sur une façade en pierre. La fiche technique demande une solution prête à l’emploi à \(C_{m2} = 30\,\text{g/L}\), pour un volume final \(V_2 = 10\,\text{L}\).

  1. Calculer le volume \(V_1\) de concentré à prélever.
  2. Quel est le facteur de dilution \(F\) ?
  1. \(\displaystyle V_1 = \frac{C_{m2} \times V_2}{C_{m1}} = \frac{30 \times 10}{150} = \mathbf{2\,\text{L}}\) de concentré, complétés à 10 L avec de l’eau.
  2. \(F = C_{m1} / C_{m2} = 150 / 30 = \mathbf{5}\) : dilution au 1/5.

6. Application — Produits de traitement du bois

Situation 1 — Nettoyant bois
Un nettoyant bois concentré est vendu avec une concentration massique de \(C_{m1} = 150\,\text{g/L}\). La fiche technique recommande une dilution au 1/5 avant utilisation.

Quelle est la concentration prête à l’emploi ? \[ C_{m2} = \frac{C_{m1}}{F} = \frac{150}{5} = 30\,\text{g/L} \] Quel volume de concentré prélever pour préparer 1 L de solution prête à l’emploi ? \[ V_1 = \frac{C_{m2} \times V_2}{C_{m1}} = \frac{30 \times 1}{150} = 0{,}20\,\text{L} = 200\,\text{mL} \]
Situation 2 — Dégraissant avant vernissage
Un dégraissant est préparé en dissolvant 12 g de principe actif dans 400 mL d’eau. Calculer \(C_m\) puis la concentration molaire sachant que \(M = 120\,\text{g/mol}\).

\[ C_m = \frac{m}{V} = \frac{12}{0{,}400} = 30\,\text{g/L} \] \[ C = \frac{C_m}{M} = \frac{30}{120} = 0{,}25\,\text{mol/L} \]

7. Le pH d’une solution

Définition — pH
Le pH (potentiel Hydrogène) est une grandeur sans unité qui indique le caractère acide, neutre ou basique d’une solution aqueuse. Il est compris entre 0 et 14 (en conditions usuelles).
01 23 45 67 89 1011 1213 14 ← Acide Neutre Basique →

Échelle de pH : de 0 (très acide) à 14 (très basique) — 7 = neutre (eau pure)

Exemples courants
SolutionpH approx.Caractère
Acide chlorhydrique (HCl dilué)~1Très acide
Vinaigre~3Acide
Pluie normale~5,6Légèrement acide
Eau pure / eau distillée7Neutre
Eau de mer~8,2Légèrement basique
Soude (NaOH dilué)~13Très basique
Mesure du pH
Contexte professionnel — Produits de traitement du bois
De nombreux produits utilisés en atelier ont un pH caractéristique qu’il faut connaître pour la sécurité :
Attention
Le pH n’est pas additif : mélanger deux solutions de pH 3 et pH 5 ne donne pas un pH de 4. Le pH final dépend des concentrations en ions H+. Ne jamais mélanger des produits acides et basiques sans connaitre le résultat.
Application

En atelier, on dispose de trois produits :

ProduitpH mesuré
Décapant bois A11,5
Nettoyant neutre B7,2
Détartrant C2,8
  1. Classer ces produits du plus acide au plus basique.
  2. Quel(s) produit(s) nécessitent des gants de protection ? Justifier.
  3. Peut-on mélanger le produit A et le produit C ? Pourquoi ?
  1. Détartrant C (pH 2,8) < Nettoyant B (pH 7,2) < Décapant A (pH 11,5)
  2. Le décapant A (très basique, corrosif) et le détartrant C (acide, corrosif) nécessitent des gants. Le nettoyant B (pH ≈ 7) est moins dangereux.
  3. Non. Mélanger un produit très basique et très acide provoque une réaction violente (chaleur, projections) → risque de brûlures chimiques graves.

Effet de la dilution sur le pH

Diluer, c’est ajouter du solvant : la solution devient moins concentrée, donc moins acide si c’était un acide, moins basique si c’était une base. Le pH ne reste donc pas le même.

Propriété — La dilution rapproche le pH de 7
• On dilue une solution acide (pH < 7) : son pH augmente et se rapproche de 7.
• On dilue une solution basique (pH > 7) : son pH diminue et se rapproche de 7.
• Dans les deux cas, le pH ne franchit jamais 7 : en ajoutant de l’eau, on ne transforme pas un acide en base.
Exemple — L’eau de lavage d’un carrelage détartré

Après avoir détartré un carrelage à l’acide, un ouvrier récupère l’eau de lavage : le pH-mètre indique 3,2. Il complète à dix fois le volume initial (dilution au dixième) : le pH remonte à 4,2. Une seconde dilution au dixième donne 5,2.

Ce qu’on observe : le pH monte à chaque dilution — la solution devient de moins en moins acide et se rapproche de 7. Avec les acides courants d’atelier, chaque dilution au dixième fait gagner environ 1 unité de pH.

Ce qu’on n’observera jamais : un pH supérieur à 7. En ajoutant de l’eau, on approche la neutralité sans jamais l’atteindre.

Attention
Diluer une solution corrosive ne la rend pas inoffensive : à pH 4, un bain reste acide et attaque toujours les métaux. Diluer réduit le danger, cela ne le supprime pas.
Application — Rinçage d’un décapant basique

Un décapant basique a un pH de 12,0. On le dilue 10 fois avec de l’eau distillée, puis on dilue encore 10 fois la solution obtenue.

  1. Le pH va-t-il augmenter ou diminuer ? Justifier.
  2. Quel pH obtient-on après la première dilution ? Après la seconde ?
  3. En diluant encore et encore, le pH pourrait-il descendre en dessous de 7 ? Justifier.
  1. Le pH va diminuer : la solution est basique (pH > 7), la dilution la rend moins basique et rapproche son pH de 7.
  2. Après la première dilution : pH ≈ 11,0. Après la seconde : pH ≈ 10,0. Chaque dilution au dixième fait perdre environ 1 unité de pH, comme l’acide de l’exemple en gagnait environ une.
  3. Non. La dilution rapproche le pH de 7 sans jamais le franchir : la solution devient de moins en moins basique, mais elle ne deviendra pas acide. Pour descendre sous 7, il faudrait ajouter un acide, pas de l’eau.

8. Concentration molaire (introduction) (anticipation Première — hors programme)

Hors programme — pour aller plus loin Le programme de Seconde se limite à la concentration massique (en g/L). La mole, la masse molaire et la concentration molaire sont au programme de Première (caractérisation quantitative d'une solution). Cette section est proposée en anticipation.
Définition — La mole
La mole est l’unité de quantité de matière. Une mole contient exactement \(6{,}022\,140\,76 \times 10^{23}\) entités (atomes, molécules, ions…).
La constante d’Avogadro vaut exactement \(N_A = 6{,}022\,140\,76 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}\).
Définition — Masse molaire
La masse molaire \(M\) d’une espèce chimique est la masse d’une mole de cette espèce, exprimée en g/mol. Elle s’obtient en additionnant les masses atomiques de tous les atomes de la formule chimique.
EspèceFormuleMasse molaire \(M\) (g/mol)
Eau\(\text{H}_2\text{O}\)18,0
Chlorure de sodium\(\text{NaCl}\)58,5
Dioxyde de carbone\(\text{CO}_2\)44,0
Saccharose (sucre)\(\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}\)342,0
Acide acétique\(\text{CH}_3\text{COOH}\)60,0
\[ n = \frac{m}{M} \] \(n\) quantité de matière en mol — \(m\) masse en g — \(M\) masse molaire en g/mol
Définition — Concentration molaire
La concentration molaire \(C\) est la quantité de matière de soluté par litre de solution : \[ C = \frac{n}{V} \quad \text{unité : mol/L} \]
Lien entre \(C_m\) et \(C\)
\[ C_m = C \times M \qquad \Longleftrightarrow \qquad C = \frac{C_m}{M} \]

9. Tableau de synthèse

Grandeur Symbole Unité Formule
Masse de soluté \(m\) g \(m = C_m \times V\)
Volume de solution \(V\) L \(V = m \,/\, C_m\)
Concentration massique \(C_m\) g/L \(C_m = m \,/\, V\)
Quantité de matière \(n\) mol \(n = m \,/\, M\)
Concentration molaire \(C\) mol/L \(C = n \,/\, V = C_m \,/\, M\)
Relation de dilution — — \(C_{m1} \, V_1 = C_{m2} \, V_2\)
Facteur de dilution \(F\) sans unité \(F = V_2 \,/\, V_1 = C_{m1} \,/\, C_{m2}\)

10. À retenir

À retenir
  1. Une solution est un mélange homogène : le soluté est dissous dans le solvant. Quand le solvant est l’eau, on parle de solution aqueuse.
  2. La concentration massique \(C_m = m/V\) s’exprime en g/L ; ne pas oublier de convertir les mL en L (diviser par 1 000).
  3. Pour préparer une solution, on utilise une fiole jaugée et on ajuste précisément au trait de jauge avec de l’eau distillée.
  4. Lors d’une dilution, la masse de soluté est conservée : \(C_{m1} V_1 = C_{m2} V_2\). On ajoute du solvant, pas de soluté supplémentaire.
  5. La masse molaire \(M\) (en g/mol) permet de relier masse et quantité de matière via \(n = m/M\), et de calculer la concentration molaire via \(C = C_m/M\).

Simulation interactive