Solutions électrolytiques et concentrations

Solutions électrolytiques et concentrations – cours

Exercices corrigés
Évaluation

🧪 SOLUTIONS ÉLECTROLYTIQUES

et concentrations – 1er Bac Sciences



I

Le corps solide ionique

Un solide ionique est formé d’ions positifs (cations) et d’ions négatifs (anions) disposés régulièrement dans l’espace, formant un cristal. Il est électriquement neutre.

Formule chimique : \( X_b Y_a \) (neutralité électrique)

Chaque ion est entouré d’ions de signes opposés. L’interaction électrique assure la cohésion du cristal.


II

Le caractère dipolaire d’une molécule

1 – Liaison covalente et électronégativité

L’électronégativité est la tendance d’un atome à attirer le doublet d’une liaison covalente. Elle augmente de gauche à droite et de bas en haut dans le tableau périodique.

  • Liaison non polarisée : atomes identiques (ex: \( H_2 \), \( Cl_2 \)) → molécule non polaire.
  • Liaison polarisée : atomes d’électronégativités différentes → apparition de charges partielles \( \delta^+ \) et \( \delta^- \).

Une molécule est polaire si le barycentre des charges positives ne coïncide pas avec celui des charges négatives.

2 – Polarité de la molécule de chlorure d’hydrogène (HCl)

Le chlore est plus électronégatif que l’hydrogène → liaison polarisée. La molécule HCl est polaire.

 

3 – Polarité de la molécule d’eau (H₂O)

L’oxygène est plus électronégatif que l’hydrogène → liaisons O–H polarisées. La molécule d’eau est polaire.

Remarque : Une molécule peut avoir des liaisons polarisées mais être non polaire si sa géométrie est symétrique (ex: \( CO_2 \)).
III

Les solutions électrolytiques

1 – Activités

🔹 Dissolution d’un solide ionique (NaCl)

  • Précipité blanc avec \( AgNO_3 \) → présence d’ions \( Cl^- \).
  • Flamme orange → présence d’ions \( Na^+ \).
\( NaCl_{(s)} \rightarrow Na^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)} \)

La solution conduit le courant électrique car elle contient des ions. L’eau distillée ne conduit pas.

🔹 Dissolution d’un liquide polaire (H₂SO₄)

  • Hélianthine → rouge → présence d’ions \( H^+ \).
  • Précipité blanc avec \( BaCl_2 \) → présence d’ions \( SO_4^{2-} \).

\( H_2SO_{4(l)} \rightarrow 2H^+_{(aq)} + SO^{2-}_{4(aq)} \)

🔹 Dissolution d’un gaz polaire (HCl)

  • Expérience du « jet d’eau » : grande solubilité de HCl dans l’eau.
  • Hélianthine → rouge → présence d’ions \( H^+ \).
  • Précipité blanc avec \( AgNO_3 \) → présence d’ions \( Cl^- \).
\( HCl_{(g)} \rightarrow H^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)} \)

2 – Définitions

  • Solution : mélange homogène obtenu par dissolution d’un soluté dans un solvant.
  • Solution aqueuse : dissolution dans l’eau.
  • Solution saturée : limite de solubilité atteinte.
  • Solution électrolytique : contient des ions et conduit le courant électrique.
  • Électrolyte : corps qui, dissous dans l’eau, donne une solution électrolytique (ex: solides ioniques, molécules polaires).

3 – Dissolution d’un électrolyte dans l’eau

  • Dissociation du cristal : les molécules d’eau polaires détruisent le cristal.
  • Solvation des ions : les ions sont entourés de molécules d’eau (hydratation si solvant = eau).
  • Dispersion des ions : les ions solvatés se diffusent dans la solution.

4 – Formules des solutions électrolytiques

  • \( Na^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)} \) (chlorure de sodium)
  • \( H^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)} \) (acide chlorhydrique)
  • \( 2H^+_{(aq)} + SO^{2-}_{4(aq)} \) (acide sulfurique)

5 – Équations de dissolution

\( NaCl_{(s)} \rightarrow Na^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)} \)
\( H_2SO_{4(l)} \rightarrow 2H^+_{(aq)} + SO^{2-}_{4(aq)} \)
\( HCl_{(g)} \rightarrow H^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)} \)



IV

Les concentrations molaires

La concentration molaire d’une espèce chimique en solution est la quantité de matière du soluté par litre de solution.

\( C = \dfrac{n(X)}{V} \) (mol·L⁻¹)

La concentration molaire effective \( [X] \) d’une espèce ionique est définie de la même manière.

Relation pour une dissolution : \( \gamma X_\alpha Y_\beta \rightarrow \alpha X^{\beta+} + \beta Y^{\alpha-} \)
\( \dfrac{C(X_\alpha Y_\beta)}{\gamma} = \dfrac{[X^{\beta+}]}{\alpha} = \dfrac{[Y^{\alpha-}]}{\beta} \)

Exemple : Pour \( NaCl \rightarrow Na^+ + Cl^- \), on a \( [Na^+] = [Cl^-] = C(NaCl) \).

📌 Synthèse – Solutions électrolytiques

• Solide ionique : cristal d’ions, neutre, formule \( X_bY_a \).
• Polarité : molécule polaire si barycentres de charges distincts (ex: H₂O, HCl).
• Électrolyte : corps qui dissous dans l’eau donne une solution conductrice (ions).
• Dissolution : dissociation, solvatation (hydratation), dispersion.
• Concentration molaire : \( C = n/V \) (mol·L⁻¹)   •   \( [X] \) pour les ions.
Les solutions électrolytiques sont essentielles en chimie et dans la vie courante.

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