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Exercice 6

Mélange de solutions - Concentrations ioniques Niveau : Difficile

1 Énoncé

Donner les formules des ions suivants : sulfate, carbonate, phosphate, nitrate.

✅ Solution

Sulfate : $\text{SO}_4^{2-}$
Carbonate : $\text{CO}_3^{2-}$
Phosphate : $\text{PO}_4^{3-}$
Nitrate : $\text{NO}_3^-$

Donner les formules statistiques des composés suivants :

a) Chlorure d'Aluminium
b) Nitrate de fer II
c) Sulfate de potassium
d) Hydroxyde de sodium

✅ Solution

a) Chlorure d'Aluminium : $\text{AlCl}_3$
b) Nitrate de fer II : $\text{Fe(NO}_3\text{)}_2$
c) Sulfate de potassium : $\text{K}_2\text{SO}_4$
d) Hydroxyde de sodium : $\text{NaOH}$

Écrire les réactions de dissolution des composés ioniques suivants : $\text{Na}_2\text{SO}_4$ et $\text{Cu(NO}_3\text{)}_2$.

✅ Solution

$\text{Na}_2\text{SO}_4$ :

$$\text{Na}_2\text{SO}_4 \xrightarrow{eau} 2\text{Na}^+ + \text{SO}_4^{2-}$$

$\text{Cu(NO}_3\text{)}_2$ :

$$\text{Cu(NO}_3\text{)}_2 \xrightarrow{eau} \text{Cu}^{2+} + 2\text{NO}_3^-$$

On mélange $V_1 = 50\text{ mL}$ d'une solution de $\text{Na}_2\text{SO}_4$ à concentration $C_1 = 0,1\text{ mol/L}$ avec un volume $V_2 = 100\text{ mL}$ d'une solution $\text{CuSO}_4$ à concentration $C_2 = 5 \times 10^{-2}\text{ mol/L}$. Déterminer la concentration des différents ions présents dans le mélange.

✅ Solution détaillée

1) Équations de dissolution

$\text{Na}_2\text{SO}_4$ :

$$\text{Na}_2\text{SO}_4 \longrightarrow 2\text{Na}^+ + \text{SO}_4^{2-}$$

$\text{CuSO}_4$ :

$$\text{CuSO}_4 \longrightarrow \text{Cu}^{2+} + \text{SO}_4^{2-}$$

2) Calcul des quantités de matière

Ions $\text{Na}^+$ :

$$n(\text{Na}^+) = 2 \times C_1 \times V_1 = 2 \times 0,1 \times 50 \times 10^{-3} = 1,0 \times 10^{-2}\text{ mol}$$

Ions $\text{SO}_4^{2-}$ :

$$n(\text{SO}_4^{2-}) = C_1 \times V_1 + C_2 \times V_2$$

$$= 0,1 \times 50 \times 10^{-3} + 5 \times 10^{-2} \times 100 \times 10^{-3} = 5 \times 10^{-3} + 5 \times 10^{-3} = 1,0 \times 10^{-2}\text{ mol}$$

Ions $\text{Cu}^{2+}$ :

$$n(\text{Cu}^{2+}) = C_2 \times V_2 = 5 \times 10^{-2} \times 100 \times 10^{-3} = 5,0 \times 10^{-3}\text{ mol}$$

3) Volume total

Étape 1 :

$$V_{\text{total}} = V_1 + V_2 = 50 + 100 = 150\text{ mL} = 0,150\text{ L}$$

4) Concentrations finales

$[\text{Na}^+]$ :

$$[\text{Na}^+] = \frac{1,0 \times 10^{-2}}{0,150} = 6,7 \times 10^{-2}\text{ mol/L}$$

$[\text{SO}_4^{2-}]$ :

$$[\text{SO}_4^{2-}] = \frac{1,0 \times 10^{-2}}{0,150} = 6,7 \times 10^{-2}\text{ mol/L}$$

$[\text{Cu}^{2+}]$ :

$$[\text{Cu}^{2+}] = \frac{5,0 \times 10^{-3}}{0,150} = 3,3 \times 10^{-2}\text{ mol/L}$$

                                Résultats
                                \([\text{Na}^+] = 6,7 \times 10^{-2}\text{ mol/L}\)
\([\text{SO}_4^{2-}] = 6,7 \times 10^{-2}\text{ mol/L}\)
\([\text{Cu}^{2+}] = 3,3 \times 10^{-2}\text{ mol/L}\)

                            

Méthode

Pour un mélange de solutions, on calcule d'abord les quantités de matière de chaque ion provenant de chaque solution, puis on divise par le volume total.

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