Médaille
N°1 pour apprendre & réviser du collège au lycée.
Marianne

Conforme au programme
officiel 2018 - 2019

Concentration d'une solution

Déjà plus de

1 million

d'inscrits !

Avant de commencer, regarde la vidéo

Introduction :

Ce cours va traiter des espèces chimiques en solution et plus particulièrement de la concentration, molaire et massique, d’une espèce chimique en solution.

Nous définirons d’abord la concentration massique, puis la concentration molaire. Enfin, nous verrons comment déterminer expérimentalement la concentration d’une solution.

Concentration massique

Définitions

bannière definition

Définition

Solution :

Une solution est le mélange homogène obtenu après dissolution dans un solvant d’une espèce chimique solide, liquide ou gazeuse.

Ainsi, l’eau salée est une solution aqueuse de chlorure de sodium.

Une solution est saturée quand on ne peut plus y dissoudre une espèce chimique donnée.

bannière attention

Attention

Une solution peut être saturée pour un soluté mais pas pour d'autres.

bannière definition

Définition

Soluté :

L’espèce chimique dissoute s'appelle le soluté et peut être constituée d’ions ou de molécules.

bannière definition

Définition

Solvant :

Le liquide dans lequel le soluté est dissout s’appelle le solvant. Lorsque le solvant est de l'eau, la solution est dite « aqueuse ».

Quand une espèce chimique est en solution, elle est caractérisée par une concentration.

bannière attention

Attention

On distingue concentration massique et concentration molaire.

Relation

bannière definition

Définition

Concentration massique :

Dans une solution, la concentration massique d'une espèce chimique est le rapport de la masse mm de cette espèce chimique par le volume de la solution.

La relation s’écrit : Cm=mVC_m=\dfrac{m}{V}

La masse mm est en grammes (g), le volume du soluté VV est en litres (L) et donc la concentration massique CmC_m est en grammes par litre (g.L-1).

  • Cette relation permet aussi de calculer la masse mm d’une espèce chimique dissoute si on connaît la concentration massique de cette espèce et le volume de la solution.
bannière à retenir

À retenir

On a m=Cm×Vm= C_m \times V : la masse de l’espèce chimique en solution est égale à la concentration massique multipliée par le volume de la solution. Les unités sont les mêmes dans les deux formules.

bannière exemple

Exemple

2 mL de plasma sanguin contiennent 0,2 mg d’ions calcium.
On calcule la concentration massique des ions calcium dans le plasma sanguin.

  • Pour pouvoir utiliser la formule vue précédemment, on convertit d’abord la masse en grammes et le volume en litres.

m=0,2mg=0,2×103 gm= 0,2 mg = 0,2\times 10 ^{-3}\ g V=2mL=2×103 LV= 2 mL= 2\times 10^{-3}\ L

  • On applique ensuite la relation Cm=mVC_m=\dfrac{m}{V}. La concentration massique en ions calciums dans le plasma sanguin est donc :

Cm=0,2×1032×103=0,1 g.L1C_m=\dfrac{0,2\times 10^{-3}}{2\times 10^{-3}}=0,1\ g.L^{-1}

Concentration molaire

Relation

bannière definition

Définition

Concentration molaire :

Dans une solution, la concentration molaire d'une espèce chimique est le rapport de la quantité de matière de l'espèce chimique par le volume de la solution.

La relation s’écrit : C=nVC=\dfrac{n}{V}

La quantité de matière (c’est-à-dire le nombre de moles) nn est en moles (mol), le volume VV est en litres (L) et la concentration CC est donc en mole par litre (mol.L-1).

Cette relation permet aussi de calculer la quantité de matière d’une espèce chimique contenue dans une solution si on connaît la concentration molaire de cette espèce et le volume de la solution.

  • On a n=C×Vn=C\times V avec nn en moles (mol), VV en litres (L) et donc CC en mole par litre (mol.L-1).
bannière à retenir

À retenir

De ces deux relations, on peut déduire que la concentration molaire et la concentration massique sont liées à la masse molaire MM.

La masse molaire MM est égale au rapport de la masse d’un solide sur sa quantité de matière : M=mnM=\dfrac{m}{n}.

  • On peut donc aussi calculer la concentration molaire et la concentration massique à l’aide de la masse molaire MM :

C=CmMC=\dfrac{C_m}{M}

La concentration molaire est égale à la concentration massique sur la masse molaire. La concentration molaire s’exprime en mole par litre, la concentration massique en gramme par litre, la masse molaire est donc en gramme par moles. On a aussi : Cm=C×MC_m=C×M

bannière astuce

Astuce

Il faut bien maîtriser les différentes formules car le plus souvent, lors des exercices, il faut en utiliser plusieurs pour parvenir au résultat voulu.

Exercice résolu

bannière exemple

Exemple

Calculer une concentration molaire à partir d’un volume de solution et de la masse de l’espèce dissoute.

On calcule la concentration molaire d’une solution de glucose C6H12O6C6H{12}O_6 obtenue par dissolution de 5 g de glucose dans 150 ml d’eau :

  • Tout d’abord, on relève dans le tableau de Mendeleïev les masses molaires des atomes qui constituent la molécule de glucose :
  • la masse molaire de l’hydrogène est MH=1,0 g.mol1M_H = 1,0\ g.mol^{-1} ;
  • celle du carbone est MC=12,0 g.mol1M_C= 12,0\ g.mol^{-1} ;
  • celle de l’oxygène est MO=16,0 g.mol1M_O = 16,0\ g.mol^{-1}.

La molécule de glucose (six atomes de carbone, douze d’hydrogène et six d’oxygène) a une masse molaire de 180 g.mol-1.

MC6H12O6=6×MCarbone+12×MHydrogeˋne+6×MOxygeˋne=6×12+12×1+6×16=180 g.mol1\begin{aligned} M{C{6} H{12} O{6}} &=6\times M{Carbone}+12\times M{Hydrogène}+6\times M_{Oxygène} \ &=6\times 12+12\times 1+6\times 16 \ &=180\ g.mol^{-1}\end{aligned}

  • On cherche ensuite la quantité de matière nn correspondant à 5 g de glucose.
  • Pour cela, on va utiliser la formule n=mMn=\dfrac{m}{M}

La quantité de matière du glucose en solution est égale à la masse du glucose présent divisée par la masse molaire d’un atome de glucose, soit 0,027 mol. nC6H12O6=mC6H12O6MC6H12O6=5180=0,027 moln{C6 H{12}O6}=\dfrac{m{C6 H{12}O6}}{M{C6 H{12}O6}}=\dfrac{5}{180}=0,027\ mol

Pour trouver la concentration molaire en glucose CC6H12O6C{C6 H{12}O6} on a deux possibilités :

  • on peut utiliser la formule C=nVC=\dfrac{n}{V}. Attention à bien convertir le volume de la solution en litre 150 mL=0,15 L150\ mL= 0,15\ L.

On a alors : CC6H12O6=nC6H12O6V=0,0270,15=0,18 mol.L1C{C6 H{12} O6}=\dfrac{n{C6 H{12} O6}}{V}=\dfrac{0,027}{0,15}=0,18\ mol.L^{-1}

  • Pour trouver la concentration molaire en glucose CC6H12O6C{C{6} H{12} O{6}}, on peut aussi calculer sa concentration massique CmC6H12O6C{m{C6 H{12} O6}} et utiliser la relation C=CmMC=\dfrac{Cm}{M}

CmC6H12O6=CC6H12O6V=50,15=33,33g.L1C{m{C6 H{12} O6}}=\dfrac{C{C{6} H{12} O_{6}}}{V}=\dfrac{5}{0,15}=33,33 g.L^{-1}

On a donc pour concentration la concentration massique du glucose divisée par la masse de glucose :

CmC6H12O6=CmC6H12O6mC6H12O6=33,331800,18mol.L1C{m{C6 H{12} O6}}=\dfrac{C{m{C{6} H{12} O{6}}}}{m{C{6} H{12} O{6}}} =\dfrac{33,33}{180}≈0,18 mol.L^{-1}

Dosage de la concentration d’une solution

Déterminer la concentration d’un soluté dans une solution s’appelle doser un soluté.

Il existe plusieurs méthodes de dosage.

Dosage par l’échelle de teintes

On peut utiliser une échelle de teintes. Cette méthode est basée sur un principe simple.

bannière à retenir

À retenir

Dans les mêmes conditions d’éclairement, deux solutions d’un soluté colorés à la même concentration ont la même teinte.

Diiode en solutions aqueuses à différentes concentrations Diiode en solutions aqueuses à différentes concentrations

Pour déterminer la concentration CC d’une solution d’un soluté coloré, on prépare une solution mère, de concentration connue, de ce soluté. Puis, on réalise plusieurs dilutions de cette solution mère.

  • Les solutions filles obtenues sont donc également de concentration connue.

On compare alors la teinte des ces solutions filles à la teinte de la solution dont on cherche la concentration.

  • On détermine ainsi la concentration CC cherchée.

Dosage par comparaison

On peut aussi faire un dosage par comparaison.

bannière à retenir

À retenir

Le dosage par comparaison repose sur l’utilisation d’une espèce chimique qui va réagir avec le soluté à doser en changeant de couleur.

Pour réaliser ce dosage, il faut un montage et un protocole précis.

Montage du dosage par comparaison (dosage fer II) Montage du dosage par comparaison (dosage fer II)

Soit une solution d’un soluté SS dont on ne connaît pas la concentration CC.

  • On choisit d’abord une espèce chimique RR dont on connaît la réactivité avec le soluté SS.
  • On place un volume précis de cette espèce RR dans un bécher.
  • On prépare ensuite une solution de soluté SS de concentration connue CC' que l’on place dans une burette graduée.
  • On verse goutte à goutte la solution de soluté SS dans le bécher contenant l’espèce RR.
  • L’opération se fait sous agitation, à l’aide d’un agitateur magnétique placé sous le bécher et d’un barreau aimanté placé dans le bécher. Ainsi le mélange dans le bécher est parfaitement homogène.
  • On mesure le volume VV' de la solution de soluté SS versé pour lequel il y a un changement de couleur (c’est-à-dire réaction entre le soluté SS et l’espèce chimique RR).
  • On fait ensuite la même opération avec la solution de soluté SS de concentration inconnue CC en utilisant le même volume de l’espèce RR. On mesure le volume VV de la solution de soluté versé pour atteindre le changement de couleur.
  • Le rapport des volumes VV\dfrac{V}{V'} est égal au rapport des concentrations CC\dfrac{C'}{C} car la quantité de matière de soluté qui a réagi avec l’espèce chimique RR est la même dans les deux opérations.
  • On détermine alors la concentration CC recherchée.