Lesson Explainer: Concentration molaire Chimie • First Year of Secondary School

Exemple 1: Calcul de la concentration molaire à partir de la quantité de matière et du volume

Une solution de 0,80 litre contient 0,40 mole d’acide acétique. Quelle est la concentration molaire de l’acide acétique dans cette solution ? 

Réponse

La concentration molaire est un type spécifique de concentration définie comme le nombre de moles de soluté par litre de solution. Elle peut être calculée en utilisant l’équation de la molarité où est la quantité de matière de soluté en moles, est la concentration molaire en moles par litre, et est le volume de la solution en litres.

Nous pouvons remplacer la quantité de matière de l’acide acétique en moles et le volume de la solution en litres dans l’équation, et réarranger pour trouver la concentration molaire : 

Les unités mol/L et M peuvent être utilisées de manière interchangeable quand de la concentration molaire est renseignée. La concentration molaire de l’acide acétique dans la solution est de 0,5 mol/L ou de 0,5 M.

Exemple 2: Calcul de la concentration en moles par décimètre cube à partir de la masse et du volume

Un élève dissout dans l’eau 25 g de afin d’obtenir une solution avec un volume de 500 cm³. Quelle est la concentration de la solution en moles par décimètre cube ? Donnez votre réponse à deux décimales près. [ = 24 g/mol, = 35,5 g/mol]

Réponse

La concentration d’une solution ou la concentration molaire est le rapport entre la quantité de soluté en moles par volume de solution, pouvant être calculée par l’équation suivante :  où est la concentration molaire, est la quantité de matière de soluté en moles et est le volume de la solution.

La quantité de , le soluté, est donnée en grammes mais doit être transformée en moles. Nous pouvons effectuer cette transformation en utilisant l’équation suivante :  où est la quantité de matière en moles, est la masse en grammes et est la masse molaire en grammes par mole.

La masse molaire de peut être calculée en additionnant les masses molaires moyennes de ses atomes constitutifs : 

La masse donnée dans la question et la masse molaire peuvent être substituées dans l’équation pour obtenir la quantité de matière suivante de en moles

Le volume est donné en centimètres cubes, mais la question demande la concentration en moles par décimètre cube. Cela veut dire que le volume en centimètres cubes doit être transformé en décimètres cubes. Il y a 1‎ ‎000 centimètres cubes par décimètre cube. On peut multiplier le volume en centimètres cubes par un décimètres cubes par 1‎ ‎000 centimètres cubes, pour obtenir le volume en décimètres cubes égal à

Nous pouvons alors substituer la quantité de matière de en moles et le volume de solution en décimètres cubes dans l’équation de la molarité, et calculer la concentration de la solution qui est de . En arrondissant notre réponse à deux décimales, nous obtenons une concentration de 0,53 mol/dm³.

Exemple 3: Calcul de la masse de soluté nécessaire pour préparer une solution avec une concentration et un volume donnés

Un élève veut préparer une solution à 0,1 M en nitrate d’argent () dans une fiole jaugée pouvant contenir 100 mL d’eau. Quelle quantité de nitrate d’argent l’élève doit-il dissoudre ? Donnez votre réponse à une décimale près. [ = 14 g/mol, = 16 g/mol, = 108 g/mol]

Réponse

Le taux molaire (M) est une unité de concentration molaire et peut être utilisée à la place des moles par litre (mol/L). L’équation pour la concentration molaire est où est la quantité de matière du soluté en moles, est la concentration molaire exprimée typiquement en moles par litre et est le volume de la solution, typiquement exprimé en litres.

Cette question nous demande de déterminer la quantité de matière () de nitrate d’argent, le soluté. La concentration molaire et le volume de la solution sont donnés. Le volume doit quand-même être transformé en litres avant de pouvoir être substitué dans l’équation.

Il y a 1‎ ‎000 millilitres dans un litre. On peut multiplier le volume en millilitres par un litre par 1‎ ‎000 millilitres, et obtenir le volume en litres égal à

On peut alors substituer la concentration de la solution et le volume de la solution en litres dans l’équation de concentration, pour obtenir la quantité de matière de nitrate d’argent nécessaire égale à

Il n’y a aucun moyen pour un élève de mesurer un mole de substance en laboratoire. Par conséquent, il doit alors faire transformer la quantité de matière de nitrate d’argent exprimée en moles en une quantité exprimée en grammes. Il peut utiliser l’équation suivante :  où est la quantité de matière en moles, est la masse en grammes et est la masse molaire en grammes par mole.

La masse molaire du nitrate d’argent peut être calculée en additionnant les masses molaires moyennes de ses atomes constitutifs : 

Nous pouvons alors substituer la quantité de matière et la masse molaire dans l’équation et la réarranger pour obtenir la masse de nitrate d’argent en grammes : 

L’élève devra dissoudre 1,7 gramme de nitrate d’argent pour obtenir 100 mL d’une solution de nitrate d’argent à 0,1 M.

Exemple 4: Calcul de la concentration massique à partir de la concentration molaire

Quelle est la concentration massique de chlorure d’hydrogène dans une solution d’acide chlorhydrique à 2,0 M ? Donnez votre réponse arrondie au nombre entier le plus proche. [ = 1 g/mol, = 35,5 g/mol]

Réponse

Le taux molaire (M) est l’unité de concentration molaire et peut être utilisé à la place des moles par litre (mol/L). L’équation de la concentration molaire peut être exprimée comme où est la quantité de matière de soluté en moles, est la concentration molaire en moles par litre et est le volume de la solution en litres.

Si la concentration molaire de la solution est de 2,0 mol/L, nous pouvons exprimer cette concentration comme la fraction suivante : 

Cela nous dit que nous pouvons prendre égal à 2,0 moles et égal à 1 litre.

La question nous demande de déterminer la concentration massique de chlorure d’hydrogène () dans cette solution. L’équation pour la concentration massique est la même que l’équation pour la concentration molaire sauf que doit être exprimé en grammes.

Nous pouvons transformer 2,0 moles de chlorure d’hydrogène en grammes de chlorure d’hydrogène grâce à l’équation suivante :  où est la quantité de matière en moles, est la masse en grammes, et est la masse molaire en grammes par mole.

La masse molaire du chlorure d’hydrogène peut être calculée en additionnant les masses molaires moyennes de ses atomes constitutifs : 

Nous pouvons alors substituer la quantité de matières de chlorure d’hydrogène en moles et la masse molaire dans l’équation et la réarranger pour obtenir la masse de chlorure d’hydrogène : 

La masse de chlorure d’hydrogène dans chaque litre de solution est de 73 grammes. Nous pouvons remplacer la quantité en grammes et le volume de 1 litre dans l’équation de la concentration, pour obtenir la concentration massique suivante pour la solution

La concentration massique du chlorure d’hydrogène dans de l’acide chlorhydrique à 2,0 M est de 73 g/L.

Exemple 5: Détermination de l’effet de l’augmentation de la quantité de soluté et de solvant sur la concentration d’une solution

Une solution à 1 M de est préparée en dissolvant 159,5 g de dans l’eau pour obtenir 1 litre de solution. [ = 16 g/mol, = 32 g/mol, = 63,5 g/mol]

1. Comment évoluerait la concentration si la quantité d’eau augmentait de sorte que le volume total de solution double ? 
   1. La concentration resterait la même.
   2. La concentration doublerait.
   3. La concentration serait divisée par deux.
2. Comment évoluerait la concentration si la quantité de utilisée pour préparer la solution était doublée ? 
   1. La concentration resterait la même.
   2. La concentration serait divisée par deux.
   3. La concentration doublerait.

Réponse

Partie 1

L’eau est le solvant dans cette solution. En augmentant la quantité de solvant, les particules de soluté pourront se répandre davantage. Moins de particules de soluté dans le même volume indique que la concentration diminuera. Nous pouvons confirmer quantitativement cette hypothèse.

Le taux molaire (M) est l’unité de concentration molaire et peut être utilisé à la place des moles par litre (mol/L). L’équation de la concentration molaire peut être exprimée comme où est la concentration molaire typiquement exprimée en moles par litre, est la quantité de matière de soluté en moles et est le volume de la solution, typiquement exprimé en litres. La quantité de soluté, , est donnée en grammes mais doit être transformée en moles.

Nous pouvons transformer 159,5 grammes de sulfate de cuivre(II) en moles via l’équation suivante :  où est la quantité de matière en moles, est la masse en grammes et est la masse molaire en grammes par mole.

La masse molaire du sulfate de cuivre(II) peut être calculée en additionnant les masses molaires moyennes de ses atomes constitutifs : 

On peut alors substituer la masse de sulfate de cuivre(II) et la masse molaire dans l’équation et obtenir la quantité de matière de sulfate de cuivre(II) en moles : 

Le volume total de la solution a doublé, passant de 1 litre à 2 litres. Nous pouvons remplacer la quantité de matière de soluté en moles et le nouveau volume de solution dans l’équation de la concentration, pour en déduire la nouvelle concentration de la solution

La concentration initiale était de 1 M. En ajoutant de l’eau et en doublant le volume total de la solution, la concentration a diminué de moitié pour atteindre 0,5 M. La bonne réponse est donc C.

Partie 2

est le soluté de cette solution. En doublant la quantité de soluté, il y aura deux fois plus de particules de soluté dans la nouvelle solution que dans la solution initiale. Cela correspond à une augmentation de la concentration. Nous pouvons confirmer quantitativement cette hypothèse.

Nous allons utiliser à nouveau l’équation

Le volume total de la solution sera toujours de 1 litre. Mais la masse de sulfate de cuivre(II) dissous dans la solution a doublé pour atteindre 319 grammes. Nous pouvons convertir les 319 grammes de sulfate de cuivre(II) en moles via l’équation suivante :  où est la quantité de matière en moles, est la masse en grammes et est la masse molaire en grammes par mole. La masse molaire du sulfate de cuivre(II) est de 159,5 g/mol d’après le calcul de la partie 1.

Nous pouvons remplacer la masse de sulfate de cuivre(II) et la masse molaire dans l’équation et en déduire la quantité de sulfate de cuivre(II) en moles : 

Nous pouvons alors remplacer la nouvelle quantité de matière de soluté en moles et le volume de solution dans l’équation de la concentration, pour en déduire la nouvelle concentration de la solution

La concentration initiale était de 1 M. En doublant la quantité de soluté, la concentration a doublé pour atteindre 2 M. La bonne réponse est donc C.