Solutions et concentration

Lucie verse deux cuillerées de sucre dans un verre d'eau et remue jusqu'à ce que le sucre disparaisse, comme le montre la figure.

Le sucre est-il le soluté ou le solvant ? Et l'eau ? Comment s'appelle le résultat du mélange ?

Le sérum que l'on pose à l'hôpital est de l'eau contenant des sels et du glucose dissous. Quel est le solvant ? Combien de solutés cette solution contient-elle ?

L'alcool utilisé pour désinfecter une plaie est de l'alcool dissous dans l'eau.

1. a) Quel est le soluté et quel est le solvant ?
2. b) Un liquide peut-il être un soluté ? Et un gaz ? Donner un exemple de gaz dissous.

Le sirop de fraise vous semble trop sucré et vous décidez d'ajouter de l'eau dans le verre.

1. a) La quantité totale de sucre dans le verre change-t-elle ?
2. b) Et le goût ? Expliquer ce que signifie « diluer » une solution.

Le jus de pomme du supermarché contient environ $100\ \text{g}$ de sucre par litre. Pour qu'il soit moins sucré, vous mélangez $1\ \text{L}$ de jus de pomme avec $1\ \text{L}$ d'eau.

1. a) Combien de grammes de sucre y a-t-il maintenant dans la carafe ?
2. b) Quelle est la nouvelle concentration en $\text{g/L}$ ?

Pourquoi le sucre se dissout-il plus vite dans le thé chaud que dans le thé froid ? Qu'arrive-t-il à la solubilité de la plupart des solides quand la température augmente ?

La solubilité du sel dans l'eau à température ambiante est d'environ $36\ \text{g}$ pour $100\ \text{mL}$. Vous versez $40\ \text{g}$ de sel dans un verre contenant $100\ \text{mL}$ d'eau et vous remuez bien, comme le montre la figure.

1. a) Tout le sel se dissout-il ?
2. b) Combien de grammes restent non dissous au fond ?
3. c) Comment s'appelle une solution qui n'accepte plus de soluté ?

La solubilité du sucre augmente beaucoup avec la température : à $60\ \celsius$, on peut dissoudre jusqu'à $290\ \text{g}$ dans $100\ \text{mL}$ d'eau, mais à $20\ \celsius$ seulement jusqu'à $200\ \text{g}$, comme le montre le graphique.

Vous préparez un sirop avec $250\ \text{g}$ de sucre dans $100\ \text{mL}$ d'eau chaude à $60\ \celsius$.

1. a) À $60\ \celsius$, tout le sucre se dissout-il ?
2. b) Vous laissez refroidir le sirop jusqu'à $20\ \celsius$. Que va-t-il se passer ? Combien de grammes de sucre vont cristalliser ?

Les gaz se dissolvent moins bien dans l'eau chaude que dans l'eau froide : contrairement aux solides, leur solubilité diminue quand la température augmente.

1. a) Utiliser cette donnée pour expliquer pourquoi, en été, les poissons d'un étang remontent à la surface pour prendre de l'air.
2. b) Si vous chauffez une casserole d'eau pour cuire des pâtes, de petites bulles apparaissent bien avant l'ébullition. Que sont ces bulles ?

La solubilité du nitrate de potassium est de $85\ \text{g}$ pour $100\ \text{mL}$ d'eau à $50\ \celsius$, mais seulement de $32\ \text{g}$ pour $100\ \text{mL}$ à $20\ \celsius$. Au laboratoire, vous dissolvez $80\ \text{g}$ de nitrate de potassium dans $100\ \text{mL}$ d'eau chaude à $50\ \celsius$.

1. a) Tout se dissout-il à cette température ? Justifier avec les données.
2. b) Vous laissez refroidir le verre jusqu'à $20\ \celsius$. Quelle quantité de nitrate de potassium peut rester dissoute ?
3. c) Combien de grammes apparaîtront sous forme de cristaux au fond ? Expliquer ce qui s'est passé lors du refroidissement.

Vous dissolvez $10\ \text{g}$ de bicarbonate dans de l'eau jusqu'à obtenir $2\ \text{L}$ de solution. La concentration en masse se calcule en divisant la masse de soluté par le volume de solution. Quelle est la concentration en $\text{g/L}$ ?

Compléter la phrase avec les mots manquants : « Dans une solution, le $\dots$ est la substance présente en plus grande quantité et c'est celle qui dissout ; le $\dots$ est la substance qui se dissout ; et la $\dots$ indique combien de grammes de soluté il y a par litre de solution ».

Daniela dissout $15\ \text{g}$ de glucose dans de l'eau jusqu'à obtenir $500\ \text{mL}$ de solution. Calculer la concentration en $\text{g/L}$. Attention : convertir d'abord le volume en litres.

Un milk-shake au cacao a une concentration en sucre de $40\ \text{g/L}$. Si vous buvez un demi-litre de milk-shake, quelle masse de sucre, en grammes, avez-vous consommée ?

Le professeur de laboratoire vous demande de préparer $2\ \text{L}$ d'une solution de sel de concentration $8\ \text{g/L}$. Quelle masse de sel, en grammes, devez-vous peser sur la balance ?

Vous préparez deux verres d'eau salée : dans le verre A, vous dissolvez $5\ \text{g}$ de sel pour obtenir $100\ \text{mL}$ ; dans le verre B, $12\ \text{g}$ de sel pour obtenir $300\ \text{mL}$, comme le montre la figure.

1. a) Calculer la concentration de chaque verre en $\text{g/L}$.
2. b) Lequel est le plus salé ? Expliquer pourquoi il ne suffit pas de comparer les grammes de sel de chaque verre.

Un sirop de menthe contient $200\ \text{g}$ de sucre par litre. Vous voulez préparer $0,5\ \text{L}$ de boisson avec une concentration en sucre de $40\ \text{g/L}$.

1. a) Quelle masse de sucre, en grammes, votre boisson doit-elle contenir ?
2. b) Quel volume de sirop, en millilitres, contient cette masse de sucre ?
3. c) Quelle quantité d'eau devez-vous ajouter ?

L'eau de la mer Morte contient environ $300\ \text{g}$ de sel dissous par litre, soit environ neuf fois plus que l'eau de mer ordinaire.

1. a) Quelle masse de sel, en grammes, y a-t-il dans $2\ \text{L}$ d'eau de la mer Morte ?
2. b) Combien de litres faudrait-il pour réunir $1,2\ \text{kg}$ de sel ?
3. c) Justifier, à l'aide de la donnée de concentration, pourquoi il n'y a presque pas de poissons dans cette mer.

Dans une bouteille contenant $1\ \text{L}$ de solution de sel de concentration $60\ \text{g/L}$, vous servez un demi-litre dans une carafe, comme le montre la figure.

1. a) Quelle masse de sel, en grammes, y a-t-il dans la carafe ?
2. b) Quelle est la concentration de la solution restant dans la bouteille ? Beaucoup de camarades diraient la moitié : justifier quelle est la bonne réponse.

L'étiquette d'une eau minérale indique qu'elle contient $460\ \text{mg}$ de minéraux dissous par litre.

1. a) Exprimer cette concentration en $\text{g/L}$.
2. b) Si vous buvez un demi-litre de cette eau, quelle masse de minéraux, en milligrammes, avez-vous absorbée ?
3. c) En comparant avec une solution de laboratoire de $30\ \text{g/L}$, expliquer pourquoi on dit que l'eau minérale est une solution très diluée.

Défi du thème. Quelle quantité de sel faudrait-il dissoudre dans l'eau pour obtenir une solution de même concentration que le sérum physiologique ? (Activité exclusivement pédagogique : ne pas boire, injecter ni appliquer sur des plaies ou dans les yeux les mélanges préparés, car ils ne sont pas stériles. En cas d'urgence, utiliser uniquement du sérum du commerce et suivre les consignes sanitaires.)

1. Classer : Identifier en justifiant si l'eau du robinet et le sel de cuisine sont des corps purs ou des mélanges.

2. Expérimenter et mesurer : Verser dans trois verres identiques un volume $V = 100\text{ mL}$ ($100 \pm 5\text{ mL}$) d'eau. Avec une balance de cuisine (ou une cuillère doseuse), ajouter dans chacun des masses croissantes de sel : $0,5\text{ g}$, $1,0\text{ g}$ et $2,0\text{ g}$ (incertitude estimée $\pm 0,1\text{ g}$). Concevoir un procédé simple de séparation (évaporation et cristallisation) pour récupérer le sel d'un des verres.

3. Traitement des données : Élaborer un tableau avec les masses, les volumes et les incertitudes. Calculer la concentration en masse ($C = m/V$) en $\text{g/L}$ pour chaque solution et tracer à la main un graphique de $C$ en fonction de $m$.

4. Compte rendu final : Comparer vos résultats avec la concentration standard du sérum du commerce ($9,0\text{ g/L}$), déterminer quelle solution a la concentration la plus proche de cette valeur et expliquer quelles impuretés resteraient dans le sel si l'eau initiale était de l'eau du robinet.

Seront évalués :

• L'identification correcte des corps purs et des mélanges, ainsi qu'une proposition de séparation réalisable.

• La rigueur du relevé expérimental avec incertitudes, des calculs de concentration en $\text{g/L}$ et du tracé graphique.

• La clarté du compte rendu et la justification scientifique de la solution choisie.

Le professeur prépare au laboratoire $200\ \text{g}$ de solution avec $20\ \text{g}$ de sel. Le pourcentage en masse se calcule en divisant la masse de soluté par la masse totale de solution et en multipliant le résultat par $100$. Quel est le pourcentage en masse de sel ?

Pour faire un sirop, vous dissolvez $25\ \text{g}$ de sucre dans $175\ \text{g}$ d'eau.

1. a) Combien de grammes de solution obtenez-vous au total ?
2. b) Calculer le pourcentage en masse de sucre du sirop.

Après l'entraînement, vous préparez une boisson maison pour récupérer : vous dissolvez $10\ \text{g}$ de sels minéraux dans $490\ \text{g}$ d'eau.

1. a) Quelle masse totale de solution obtenez-vous ?
2. b) Calculer le pourcentage en masse de sels.
3. c) Si vous ajoutiez encore $500\ \text{g}$ d'eau, ce pourcentage augmenterait-il, diminuerait-il ou resterait-il le même ? Justifier la réponse sans calcul.

Pour conserver des olives, vous préparez une saumure en dissolvant $30\ \text{g}$ de sel dans $270\ \text{g}$ d'eau.

1. a) Quel est le pourcentage en masse de sel ?
2. b) Vous laissez le récipient au soleil et $100\ \text{g}$ d'eau s'évaporent. Quelle masse de solution reste-t-il ?
3. c) Quel est maintenant le pourcentage en masse ?
4. d) Expliquer pourquoi il a augmenté alors que vous n'avez pas ajouté de sel.