Préparations de solutions aqueuses

Préparations de solutions aqueuses
1. Rappels : qu’est-ce qu’une solution aqueuse ?
* Introduis grâce à une spatule quelques cristaux de permanganate de potassium dans un tube à essai.
Décris l’aspect de ces cristaux (Attention, ils sont très tâchants !) :
0,5
* Rajoute grâce à la pissette environ 5 mL d’eau distillée dans le tube à essai (1mL correspond à une hauteur
d’environ 1cm dans le tube).
Bouche le tube et agite… décris ce que tu observes sans utiliser le verbe « dissoudre ».
1
On dit que le permanganate de potassium s’est dissout dans l’eau (et non pas que les cristaux ont fondu ! pour
les faire fondre, il faudrait chauffer à une température très élevée).
L’eau est appelé le solvant.
Le permanganate de potassium est le soluté.
En dissolvant un soluté dans le solvant « eau », on obtient une solution aqueuse de ce soluté, soit ici une
solution aqueuse de permanganate de potassium.
2. L’eau de Dakin :
« Lors de la Première Guerre mondiale, le chirurgien français Alexis Carrel et le chimiste
britannique Henry Dakin ont mis au point un antiseptique pour soigner les plaies ouvertes ou
infectées, afin de fortifier les troupes amoindries par la rudesse des combats.
L'eau de Dakin est devenue aujourd’hui l'un des principaux antiseptiques sur le marché : c’est un
liquide très performant dans la lutte contre la prolifération des bactéries ou autres infections virales.
Elle a pour avantage de ne pas être colorante (contrairement à l'éosine) et de ne pas produire de
sensation d'irritation à l'usage (contrairement à la bétadine).
Sa composition fait appel à de l'eau de javel diluée comme antiseptique.
Cependant, l’eau de javel perd rapidement son efficacité sous l’effet de la lumière. C’est pour cela
que l’eau de Dakin est vendue dans un flacon opaque et qu’elle contient également 10mg de
permanganate de potassium par litre de solution, ce qui lui donne sa coloration rosée, de façon à
absorber une partie de la lumière qui traverse la solution. »
* Quels sont les 2 principaux constituants de l’«eau de Dakin», et quels sont leurs rôles ?
2
* Le permanganate de potassium a pour formule chimique KMnO4.
Il est constitué des éléments potassium, manganèse et oxygène.
Détermine leurs masses molaires à partir de la classification périodique en rappelant comment tu fais.
1,5
* Déduis-en que la masse molaire du permanganate de potassium est égale à 158 g.mol–1.
1
1
* Quelle masse de permanganate de potassium solide a été nécessaire pour préparer un litre d’eau de Dakin ?
0,5
* Quelle masse de permanganate de potassium solide serait nécessaire pour préparer 100mL d’eau de Dakin ?
1
* Est-il possible de peser cette quantité avec la balance qui est disponible sur ta paillasse ? Pourquoi ?
1
On va essayer de trouver une solution pour résoudre ce problème…
* Question préliminaire : On dispose d’une goutte de sirop de menthe que l’on souhaite partager équitablement
entre 10 personnes différentes… comment faire ?
1
* Déduis-en un protocole pour préparer 100mL d’une solution aqueuse de permanganate de potassium ayant la
même coloration que l’eau de Dakin du commerce.
2
3. Préparation d’une solution aqueuse par pesée :
Objectif à atteindre : préparer avec précision un volume V = 100mL d’une solution aqueuse contenant une
masse m = 0,10g de permanganate de potassium.
Protocole :
* Pèse m = 0,10g de cristaux dans une coupelle en plastique posée sur la balance initialement tarée.
Tu prélèveras ces cristaux en t’aidant d’une spatule sèche. Cette mesure te parait-elle précise ?
1
* Rince la fiole jaugée de 100mL à l’eau distillée.
* Introduis les cristaux pesés dans la fiole jaugée, en utilisant la coupelle comme un entonnoir.
Rince la coupelle à l’eau distillée, et récupère l’eau de rinçage dans la fiole jaugée afin de ne pas
perdre de cristaux.
* Remplis à moitié d’eau environ la fiole jaugée. Bouche l’orifice de la fiole à l’aide d’un petit bouchon en
caoutchouc et retourne la fiole plusieurs fois jusqu’à dissolution complète des cristaux.
Enlève le bouchon et rince-le avant de le poser sur ta paillasse près de l’évier… pourquoi ?
0,5
* Rajoute de l’eau distillée dans la fiole jaugée à l’aide de la pissette jusqu’au trait de jauge.
* Tu as ainsi préparé 100mL de solution dans la fiole, mais elle n’est pas homogène… qu’est-ce que ce terme
signifie ?
1
* Homogénéise la solution obtenue puis Appelle le prof pour vérifier
2
2
* Verse le contenu de la fiole jaugée dans un erlenmeyer, puis lave la fiole jaugée à l’eau du robinet dans
l’évier, et nettoie éventuellement ta paillasse.
* Fais ci-dessous les schémas nécessaires pour illustrer ce protocole, en nommant la verrerie utilisée.
2
Nous avons ainsi préparé un volume V = 100mL d’une solution aqueuse contenant une masse m = 0,10g soit
environ 100mg de permanganate de potassium. On l’appelle « solution mère concentrée ».
4. Concentration d’une solution aqueuse :
4.1. Concentration massique Cm:
Elle est définie comme le rapport entre la masse m de soluté (exprimée en g)
et le volume V de la solution aqueuse correspondante (exprimé en L).
0,5
1
* Quelle est son unité ?
* Calcule la concentration massique de la solution mère de permanganate de potassium que tu viens de
préparer.
4.2. Concentration molaire C :
Elle est définie comme le rapport entre le nombre n de môle de soluté (exprimé
en mol) et le volume V de la solution aqueuse correspondante (exprimé en L).
0,5
Cm = m
V
C= n
V
* Quelle est son unité ?
* Calcule le nombre n de môle de permanganate de potassium présent dans
la masse m = 0,10g que tu as pesé précédemment. On rappelle la relation :
n= m
M
1
* Déduis-en la concentration molaire de la solution mère de permanganate
de potassium que tu viens de préparer.
1
3
5. Préparation d’une solution aqueuse par dilution :
Objectif à atteindre : préparer avec précision un volume V = 100mL d’une solution aqueuse contenant une
masse m = 1,0mg de permanganate de potassium, soit 100 fois moins que la solution préparée précédemment.
Méthode :
Un volume V=100mL de la solution précédente contient une masse m=100mg de permanganate de potassium.
Quel volume V1 de cette solution faut-il prélever pour avoir seulement m1 =1,0 mg de permanganate de
potassium ?
1
Si on rajoute de l’eau à ce volume V1 jusqu’à obtenir un volume V2 = 100mL de solution, on aura donc atteint
notre objectif.
Protocole :
* Rince la fiole jaugée de 100mL à l’eau distillée, puis remplis-la à moitié environ d’eau distillée.
* Rince une pipette jaugée de 1,0mL avec la solution mère concentrée.
* Prélève 1,0mL de la solution mère concentrée grâce à cette pipette jaugée, munie de sa propipette, puis
verse-le dans la fiole jaugée.
* Bouche l’orifice de la fiole à l’aide d’un petit bouchon en caoutchouc et retourne la fiole plusieurs fois afin
d’homogénéiser la solution obtenue.
Enlève le bouchon et rince-le avant de le poser sur ta paillasse près de l’évier.
* Rajoute de l’eau distillée dans la fiole jaugée à l’aide de la pissette jusqu’au trait de jauge.
* Homogénéise la solution obtenue
2
* Appelle le prof pour vérifier
* Après homogénéisation, verse le contenu de la fiole jaugée dans un bécher, puis lave la fiole jaugée à
l’eau du robinet dans l’évier, et nettoie éventuellement ta paillasse.
* Fais ci-dessous les schémas nécessaires pour illustrer ce protocole, en nommant la verrerie utilisée.
2
Nous avons ainsi préparé un volume V = 100mL d’une solution aqueuse contenant une masse m = 1,0mg de
permanganate de potassium. On l’appelle « solution fille diluée ».
* Compare sa coloration à celle de la solution mère, et à la solution de Dakin qui se trouve sur la paillasse prof.
1
* Calcule la concentration massique puis la concentration molaire de la solution fille diluée que tu viens de
préparer.
2
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6. Préparation d’une échelle de teinte :
Objectifs à atteindre:
Préparer plusieurs solutions de permanganate de potassium KMnO4 ayant des concentrations différentes,
donc des colorations différentes, et les classer par ordre de concentration décroissante.
Utiliser cette échelle de teinte pour déterminer approximativement la concentration inconnue d’une solution
disponible sur la paillasse du professeur.
Remarque: les dilutions seront faites ici de façon peu précise en utilisant une éprouvette graduée.
Quels sont le volume maximum et le volume minimum
1 qu’il est possible de mesurer avec cette éprouvette ?
Rappel: Si on prélève un volume V1 de solution mère à la concentration massique Cm1
et qu’on rajoute de l’eau jusqu’à obtenir un volume V2 de solution fille, on obtient après
homogénéisation une solution diluée dont la concentration massique est Cm2.
C2
On peut écrire la relation : V1 x C1 = V2 x C2
Le facteur (ou rapport) de dilution est égal à V2 = C1
V1 C2
V2
V1
C1
Exemple: On prélève V1 = 10mL de solution de KMnO4 de Cm1 = 100 mg.L–1
On rajoute de l’eau distillée jusqu’à obtenir V2 = 20mL de solution fille.
On transvase dans un bécher pour homogénéiser la solution fille, puis on remplit à moitié un tube à essai.
Le rapport de dilution est V2 / V1 = 20 / 10 = 2,0 → La solution mère a donc été diluée 2 fois.
La solution fille est donc 2 fois moins concentrée que la solution mère → Cm2 = Cm1 /2 = 50 mg.L–1
Effectuer cette dilution et remplir à moitié un tube à essai n°1 avec la solution obtenue.
Placer une feuille de brouillon sous le portoir de tubes à essais et indiquer au fur et à mesure pour chaque tube
la valeur de la concentration massique de la solution qu’il contient.
Préparer de même une solution n°2 en prélevant V1 = 5mL de solution de KMnO4 de Cm1 = 100 mg.L–1
puis en rajoutant de l’eau distillée jusqu’à obtenir V2 = 20mL de solution fille. Homogénéiser.
Calculer la concentration de la solution fille obtenue puis remplir comme précédemment un tube à essai n°2.
1
Proposer un protocole afin de diluer 10 fois la solution mère. Le-faire vérifier par le prof.
Calculer la concentration de la solution fille obtenue puis remplir comme précédemment un tube à essai n°3.
Ne pas jeter le contenu du bécher.
1,5
On souhaite obtenir une dilution par 20 de la solution mère initiale de Cm1 = 100 mg.L–1, mais il n’est pas
possible d’utiliser directement la même méthode que précédemment. Pourquoi ?
1
Proposer un protocole pour atteindre cet objectif. Le-faire vérifier par le prof.
Calculer la concentration de la solution fille obtenue puis remplir comme précédemment un tube à essai n°4.
2
1,5
Appeler le prof pour vérifier l’échelle de teinte obtenue.
Proposer un protocole pour déterminer la concentration d’une solution de KMnO4 inconnue, disponible sur la
paillasse prof. Mettre en œuvre ce protocole et déterminer la concentration inconnue.
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Connaissez-vous des applications de cette méthode ?
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