T.P. de Chimie – Les solutions ioniques

A / Préparation et utilisation d’une solution ionique

1 / A partir d’un solide ionique

On souhaite préparer une solution (1) de sucre (C₁₂H₂₂O₁₁) et une solution (2) de chlorure de sodium (NaCl) de concentration c = 0,050 mol.L^-1 et de volume V = 100mL.

Détermination de la quantité de matière de sucre ou de chlorure de sodium :

Détermination de la masse de sucre nécessaire à la préparation de la solution (1) :

Détermination de la masse de chlorure de sodium nécessaire à la préparation de la solution (2) :

Expérience : préparation des solutions (protocole expérimental et matériel) :

Matériel : fiole jaugée de 100 mL ; balance ; bêcher ; spatule métallique ; eau distillée ; entonnoir.

On prélève la masse de l’espèce chimique souhaitée en utilisant la spatule métallique, le bêcher, et la balance (il faut tarer la balance après avoir disposé le bêcher).

On verse le tout dans la fiole jaugée à l’aide de l’entonnoir, et on complète la fiole jaugée avec de l’eau distillé.

On agite et après dissolution totale, on complète si nécessaire avec de l’eau distillé.

2 / Solutions conductrices

On souhaite alors vérifier si les deux solutions préparées précédemment conduisent le courant. On réalise alors le circuit électrique suivant :

Schéma :

Mesurer alors l’intensité du courant pour une solution d’eau distillé, puis pour les deux solutions préparées précédemment (rincer entre chaque mesure les électrodes). Noter alors vos résultats dans le tableau de mesure.

Conclusion :

Proposer une équation rendant compte de la dissolution du chlorure de sodium, et de celle du sucre.

Comment interprète-t-on le fait que les solutions ioniques conduisent le courant ?

B / Hydratation des ions

La dissolution d’un corps ionique s’accompagne du phénomène d’hydratation : les ions tendent à s’entourer d’un certain nombre de molécules d’eau. C’est ce phénomène qui est responsable de la couleur bleue que prend la solution de sulfate de cuivre. On peut l’observer aussi à l’état solide.

1) Déterminer la formule chimique du sulfate de cuivre hydraté.

La couleur bleue des cristaux de sulfate de cuivre hydratés est due à la présence de molécules d’eau. On peut écrire la formule chimique du sulfate de cuivre hydraté sous la forme : CuSO₄ , x H₂O où x est un nombre entier.

Expérience :

Placer sur une balance un bêcher sur lequel repose un creuset vide. Tarer l’ensemble puis peser m₁ = 4,0 g de sulfate de cuivre hydraté.

Noter alors la masse que forme l’ensemble « bêcher plus creuset plus sulfate de cuivre ».

            m_A = ………….g

Placer le creuset sur le support du bec bunsen. Maintenir le creuset à l’aide d’une pince en bois, puis chauffer tout en remuant délicatement le contenu du creuset à l’aide d’une spatule métallique.

Quel changement se produit-il au bout de quelques minutes ? A quoi sert le chauffage ?

Exploitation :

Une fois la réaction de chauffage terminée, poser le bêcher sur la balance et positionner dessus le creuset et son contenu (utiliser la pince en bois pour ne pas vous brûler). Mesurer alors la masse de l’ensemble noté m_B.

            m_B = ………..g

Replacer alors le creuset sur le support du bec bunsen et le laisser refroidir.

Détermination de la masse de sulfate de cuivre anhydre m₂ :

On note n la quantité initiale de sulfate de cuivre. Exprimer les masses m₁ et m₂ en fonction de n et de x. En déduire la valeur de x.

2) Les effets de l’hydratation.

Expérience :

Placer un bêcher contenant 100 mL d’eau distillé sur un agitateur magnétique réglé le plus lentement possible. Verser alors 4,0 g de sulfate de cuivre hydraté (préalablement prélevé à l’aide d’une balance) dans le bêcher et noter l’évolution de la température à l’aide d’un thermomètre au cours de la dissolution du sulfate de cuivre (noter la température au début de l’expérience, puis toute les 30 secondes jusqu’à la dissolution totale du sulfate de cuivre).

Recommencer alors l’expérience entièrement en utilisant cette fois le contenu du creuset (sulfate de cuivre anhydre).

Conclusion :

Que peut-on en conclure sur le phénomène d’hydratation (dissolution dans l’eau) ?

Écrire l’équation de dissolution du sulfate de cuivre.