Seconde · Physique-chimie

Solutions aqueuses et dosage par étalonnage

Chapitre 2

15 questions originales à réponses multiples pour vérifier les notions, les méthodes et les points de vigilance du chapitre.

Ces 15 questions sur Solutions aqueuses et dosage par étalonnage alternent observations, calculs et décisions expérimentales. Plusieurs propositions peuvent être exactes. Prévois du papier et un stylo.

Comment répondre ?

Prévois une feuille et un stylo pour poser tes calculs et rédiger tes étapes. Chaque QCM propose cinq affirmations. Une ou plusieurs réponses peuvent être exactes. Coche-les, vérifie, puis ouvre la correction pour comprendre chaque proposition. Tu obtiens un point seulement si tu coches toutes les bonnes réponses, sans cocher de réponse fausse.

0 question vérifiée sur 15

Question 1

Préparer un sirop coloré

Un élève prépare un sirop expérimental. On introduit 18 g de sucre puis on complète avec de l’eau jusqu’à 300 mL de solution. Quelles propositions sont exactes ?

Le volume final est 0,03 L. La concentration en masse de sucre est 60 g·L⁻¹. La concentration en masse est 0,06 g·L⁻¹. Il faut prendre 300 mL d’eau avant dissolution pour obtenir exactement 300 mL de solution. L’eau est le soluté parce qu’elle a été ajoutée après le sucre.

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Réponse attendue : B

A — Faux. 300 mL correspondent à 0,300 L, et non à 0,03 L : on divise le nombre de millilitres par 1000.
B — Vrai. Oui. cₘ = m/V, avec m = 18 g et V = 0,3 L, d’où cₘ = 18/0,3 = 60 g·L⁻¹.
C — Faux. Non. 18/300 donne 0,06 g·mL⁻¹ ; multiplier par 1000 conduit à 60 g·L⁻¹.
D — Faux. Non. Le volume final de la solution est fixé après dissolution par complément dans une fiole jaugée ; il n’est pas simplement le volume d’eau initial.
E — Faux. L’ordre d’ajout ne fixe pas ces rôles : l’eau dissout le sucre, qui est donc le soluté.

Méthode à retenir. Nommer soluté et solvant ; convertir 300 mL en 0,3 L ; utiliser la masse du soluté et le volume final de solution.

Question 2

Partager une boisson homogène

Une boisson homogène de 750 mL contient 4,5 g de glucose. On en verse 250 mL dans un verre, sans évaporation ni perte. Que vaut ce prélèvement ?

Il renferme 1,5 g de glucose. Sa concentration en masse devient 2 g·L⁻¹. Sa concentration en masse reste 6 g·L⁻¹. Il reçoit les 4,5 g de glucose de la boisson entière. La quantité de glucose prélevée se calcule en multipliant 4,5 g par 250 mL sans conversion ni proportion.

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Réponse attendue : A, C

A — Vrai. Oui. Le verre reçoit un tiers du volume initial, donc un tiers de la masse dissoute : 4,5/3 = 1,5 g.
B — Faux. Non. Prélever une partie d’une solution homogène ne dilue pas le glucose ; la concentration reste 6 g·L⁻¹.
C — Vrai. Oui. Le mélange étant homogène, le prélèvement conserve cₘ = 4,5 g / 0,750 L = 6 g·L⁻¹.
D — Faux. Non. Le verre contient un tiers de la boisson, soit un tiers des 4,5 g de glucose initialement dissous.
E — Faux. Non. La masse de glucose suit la fraction prélevée 250/750 ; multiplier des grammes par des millilitres n’est pas cohérent.

Méthode à retenir. D’abord calculer cₘ sur la boisson entière, puis exploiter l’homogénéité : masse et volume prélevés représentent la même fraction.

Question 3

Vérifier l’unité d’une solution saline

L’étiquette d’une solution indique « 3,0 g de sel dissous pour 100 mL de solution ». Quelles traductions de cette donnée sont correctes ?

La même concentration s’écrit 0,030 g·mL⁻¹. Le volume indiqué vaut 0,100 L. La concentration en masse est 30 g·L⁻¹. Si l’on double le volume par dilution sans perdre de sel, la concentration devient 15 g·L⁻¹. La valeur de 3,0 g décrit la masse du solvant eau contenu dans 100 mL.

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Réponse attendue : A, B, C, D

A — Vrai. Oui. 3,0 g divisés par 100 mL donnent 0,030 g·mL⁻¹ ; cette valeur correspond à 30 g·L⁻¹.
B — Vrai. Oui. Pour convertir des millilitres en litres, on divise par 1000 : 100 mL = 0,100 L.
C — Vrai. Oui. cₘ = m/V = 3,0 g / 0,100 L = 30 g·L⁻¹. Le volume final indiqué sur l’étiquette vaut 100 mL ; sa conversion en litres est nécessaire avant la division.
D — Vrai. Oui. La masse reste 3,0 g et le volume devient 0,200 L, donc cₘ = 3,0/0,200 = 15 g·L⁻¹.
E — Faux. Non. L’étiquette attribue 3,0 g au sel dissous, c’est-à-dire au soluté ; la masse du solvant n’est pas donnée.

Méthode à retenir. Lire ce que mesurent les deux données, puis convertir 100 mL en 0,100 L et garder les unités dans chaque quotient.

Question 4

Choisir la masse à peser

On veut préparer 100 mL d’une solution de chlorure de sodium de concentration en masse 9 g·L⁻¹. Une balance et une fiole jaugée sont disponibles. Quels choix conviennent ?

Il faut peser 9 g de sel, car le nombre 9 est celui de l’étiquette. La masse à peser est 0,90 g de NaCl. Pour 200 mL à la même concentration, il faudrait peser 1,8 g de NaCl. Le volume final visé dans la fiole est 0,100 L. On peut dissoudre le solide dans un peu d’eau, puis compléter jusqu’au trait.

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Réponse attendue : B, C, D, E

A — Faux. Non. 9 g·L⁻¹ correspond à un litre de solution ; pour 0,100 L, un dixième suffit, soit 0,90 g.
B — Vrai. Oui. La masse cherchée est m = cₘV = 9 g·L⁻¹ × 0,100 L = 0,90 g.
C — Vrai. Oui. En doublant le volume à concentration inchangée, la masse double : 9 g·L⁻¹ × 0,200 L = 1,8 g.
D — Vrai. Oui. 100 mL de solution correspondent à 0,100 L : il s’agit du volume après dissolution et complément.
E — Vrai. Oui. Le soluté est d’abord dissous ; on fixe ensuite le volume final de solution avec le trait de jauge.

Méthode à retenir. Partir de m = cₘV et convertir le volume final en litres avant de calculer la masse à peser.

Question 5

Diluer un colorant alimentaire

Un laboratoire veut un colorant moins concentré. Une solution mère de concentration en masse 50 g·L⁻¹ doit donner 250 mL de solution fille à 10 g·L⁻¹. On suppose le soluté conservé. Quelles étapes conviennent ?

Il faut prélever 50 mL de solution mère. Il faut prélever 250 mL de solution mère puis rajouter de l’eau. Le facteur de dilution vaut 5. Le volume final doit être ajusté à 250 mL après le transfert du prélèvement. La masse de soluté est divisée par 5 pendant la dilution.

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Réponse attendue : A, C, D

A — Vrai. Oui. cₘ,mère Vprélevé = cₘ,fille Vfille, avec les volumes dans la même unité. Donc Vprélevé = 10 × 250/50 = 50 mL.
B — Faux. Non. Le volume de 250 mL est celui de la solution fille après complément ; prélever déjà ce volume de mère empêcherait une dilution à ce volume final.
C — Vrai. Oui. F = cₘ,mère/cₘ,fille = 50/10 = 5, grandeur sans dimension. On vérifie aussi F = Vfille/Vprélevé.
D — Vrai. Oui. On met le prélèvement dans la fiole puis on complète avec l’eau jusqu’au trait de jauge ; 250 mL est le volume de solution, pas d’eau ajoutée.
E — Faux. Non. Dans le modèle sans perte de soluté, sa masse est conservée entre le prélèvement et la fiole ; c’est la concentration qui est divisée par 5.

Méthode à retenir. Écrire d’abord la conservation du soluté, cₘ,mère Vprélevé = cₘ,fille Vfille ; les deux volumes doivent avoir la même unité.

Question 6

Préparer une eau salée diluée

On doit préparer un témoin pour comparaison. Une solution mère de concentration en masse 80 g·L⁻¹ doit donner 100 mL de solution fille à 20 g·L⁻¹. On suppose le soluté conservé. Quelles étapes conviennent ?

Il faut prélever 100 mL de solution mère puis rajouter de l’eau. La masse de soluté est divisée par 4 pendant la dilution. Le facteur de dilution vaut 4. Le volume final doit être ajusté à 100 mL après le transfert du prélèvement. Il faut prélever 25 mL de solution mère.

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Réponse attendue : C, D, E

A — Faux. Non. Le volume de 100 mL est celui de la solution fille après complément ; prélever déjà ce volume de mère empêcherait une dilution à ce volume final.
B — Faux. Non. Dans le modèle sans perte de soluté, sa masse est conservée entre le prélèvement et la fiole ; c’est la concentration qui est divisée par 4.
C — Vrai. Oui. F = cₘ,mère/cₘ,fille = 80/20 = 4, grandeur sans dimension. On vérifie aussi F = Vfille/Vprélevé.
D — Vrai. Oui. On met le prélèvement dans la fiole puis on complète avec l’eau jusqu’au trait de jauge ; 100 mL est le volume de solution, pas d’eau ajoutée.
E — Vrai. Oui. cₘ,mère Vprélevé = cₘ,fille Vfille, avec les volumes dans la même unité. Donc Vprélevé = 20 × 100/80 = 25 mL.

Méthode à retenir. Écrire d’abord la conservation du soluté, cₘ,mère Vprélevé = cₘ,fille Vfille ; les deux volumes doivent avoir la même unité.

Question 7

Préparer un échantillon pour la classe

Une solution bleue trop foncée est diluée. Une solution mère de concentration en masse 12 g·L⁻¹ doit donner 200 mL de solution fille à 3 g·L⁻¹. On suppose le soluté conservé. Quelles étapes conviennent ?

La masse de soluté est divisée par 4 pendant la dilution. Il faut prélever 50 mL de solution mère. Il faut prélever 200 mL de solution mère puis rajouter de l’eau. Le facteur de dilution vaut 4. Le volume final doit être ajusté à 200 mL après le transfert du prélèvement.

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Réponse attendue : B, D, E

A — Faux. Non. Dans le modèle sans perte de soluté, sa masse est conservée entre le prélèvement et la fiole ; c’est la concentration qui est divisée par 4.
B — Vrai. Oui. cₘ,mère Vprélevé = cₘ,fille Vfille, avec les volumes dans la même unité. Donc Vprélevé = 3 × 200/12 = 50 mL.
C — Faux. Non. Le volume de 200 mL est celui de la solution fille après complément ; prélever déjà ce volume de mère empêcherait une dilution à ce volume final.
D — Vrai. Oui. F = cₘ,mère/cₘ,fille = 12/3 = 4, grandeur sans dimension. On vérifie aussi F = Vfille/Vprélevé.
E — Vrai. Oui. On met le prélèvement dans la fiole puis on complète avec l’eau jusqu’au trait de jauge ; 200 mL est le volume de solution, pas d’eau ajoutée.

Méthode à retenir. Écrire d’abord la conservation du soluté, cₘ,mère Vprélevé = cₘ,fille Vfille ; les deux volumes doivent avoir la même unité.

Question 8

Une dilution par dix

On veut une solution fille dix fois moins concentrée. Une solution mère de concentration en masse 30 g·L⁻¹ doit donner 100 mL de solution fille à 3 g·L⁻¹. On suppose le soluté conservé. Quelles étapes conviennent ?

La masse de soluté est divisée par 10 pendant la dilution. Le volume final doit être ajusté à 100 mL après le transfert du prélèvement. Il faut prélever 10 mL de solution mère. Le facteur de dilution vaut 10. Il faut prélever 100 mL de solution mère puis rajouter de l’eau.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : B, C, D

A — Faux. Non. Dans le modèle sans perte de soluté, sa masse est conservée entre le prélèvement et la fiole ; c’est la concentration qui est divisée par 10.
B — Vrai. Oui. On met le prélèvement dans la fiole puis on complète avec l’eau jusqu’au trait de jauge ; 100 mL est le volume de solution, pas d’eau ajoutée.
C — Vrai. Oui. cₘ,mère Vprélevé = cₘ,fille Vfille, avec les volumes dans la même unité. Donc Vprélevé = 3 × 100/30 = 10 mL.
D — Vrai. Oui. F = cₘ,mère/cₘ,fille = 30/3 = 10, grandeur sans dimension. On vérifie aussi F = Vfille/Vprélevé.
E — Faux. Non. Le volume de 100 mL est celui de la solution fille après complément ; prélever déjà ce volume de mère empêcherait une dilution à ce volume final.

Méthode à retenir. Écrire d’abord la conservation du soluté, cₘ,mère Vprélevé = cₘ,fille Vfille ; les deux volumes doivent avoir la même unité.

Question 9

Cristaux de sucre au fond

On étudie la limite de dissolution du sucre dans ce modèle. À température fixée, on peut dissoudre au plus 300 g·L⁻¹ de solide dans l’eau. On verse 40 g dans un système dont le volume de solution saturée est supposé 100 mL. Que prévoir ?

Ce volume correspond à 0,1 L. Une concentration supérieure à la limite peut être obtenue simplement en ajoutant plus de solide à cette température. La masse maximale dissoute est 30000 g. La masse maximale dissoute est 30 g. Il reste 10 g de solide non dissous à l’équilibre dans ce modèle.

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Réponse attendue : A, D, E

A — Vrai. Oui. 100 mL = 0,1 L ; c’est la conversion nécessaire avant d’utiliser une concentration en g·L⁻¹.
B — Faux. Non. Dans ces conditions, l’excès reste non dissous ; la concentration du liquide saturé ne dépasse pas la valeur maximale donnée.
C — Faux. Non. 100 est donné en mL et non en L. Cette multiplication néglige un facteur 1000 ; la capacité est 30 g.
D — Vrai. Oui. mₘₐₓ = cₘₐₓ V = 300 g·L⁻¹ × 0,1 L = 30 g.
E — Vrai. Oui. La masse introduite est 40 g et la capacité calculée vaut 30 g. La différence vaut 10,0 g.

Méthode à retenir. Convertir V en litres ; calculer mₘₐₓ = cₘₐₓ V, puis comparer à la masse introduite. Le volume final est ici fixé par l’énoncé.

Question 10

Sel dans un petit bécher

On étudie la limite de dissolution d’un sel à la température de l’expérience. À température fixée, on peut dissoudre au plus 200 g·L⁻¹ de solide dans l’eau. On verse 15 g dans un système dont le volume de solution saturée est supposé 50 mL. Que prévoir ?

La masse maximale dissoute est 10000 g. Une concentration supérieure à la limite peut être obtenue simplement en ajoutant plus de solide à cette température. La masse maximale dissoute est 10 g. Il reste 5 g de solide non dissous à l’équilibre dans ce modèle. Ce volume correspond à 0,05 L.

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Réponse attendue : C, D, E

A — Faux. Non. 50 est donné en mL et non en L. Cette multiplication néglige un facteur 1000 ; la capacité est 10 g.
B — Faux. Non. Dans ces conditions, l’excès reste non dissous ; la concentration du liquide saturé ne dépasse pas la valeur maximale donnée.
C — Vrai. Oui. mₘₐₓ = cₘₐₓ V = 200 g·L⁻¹ × 0,05 L = 10 g.
D — Vrai. Oui. La masse introduite est 15 g et la capacité calculée vaut 10 g. La différence vaut 5,0 g.
E — Vrai. Oui. 50 mL = 0,05 L ; c’est la conversion nécessaire avant d’utiliser une concentration en g·L⁻¹.

Méthode à retenir. Convertir V en litres ; calculer mₘₐₓ = cₘₐₓ V, puis comparer à la masse introduite. Le volume final est ici fixé par l’énoncé.

Question 11

Choisir la verrerie d’une dilution

Pour prélever 10,0 mL de solution mère et préparer exactement 100,0 mL de solution fille, quelles décisions expérimentales sont adaptées ?

Une fiole jaugée de 100,0 mL fixe le volume final. La concentration de la solution fille est dix fois plus petite, si le soluté est conservé. Il faut verser 100,0 mL d’eau dans la fiole en plus des 10,0 mL prélevés. On peut lire le volume final en inclinant la fiole pendant le remplissage. Une pipette jaugée de 10,0 mL convient au prélèvement.

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Réponse attendue : A, B, E

A — Vrai. Oui. Après transfert du prélèvement, on complète à l’eau jusqu’au trait de jauge de la fiole de 100,0 mL.
B — Vrai. Oui. F = Vfille/Vprélevé = 100,0/10,0 = 10 ; donc cₘ,fille = cₘ,mère/10. La quantité de soluté du prélèvement est conservée, tandis que le volume final est dix fois plus grand.
C — Faux. Non. Ce serait dépasser 100,0 mL de solution finale. On ajoute l’eau jusqu’au trait, sans attribuer d’emblée un volume égal à celui de la fiole.
D — Faux. Non. La fiole doit être tenue verticale et le bas du ménisque se lit à hauteur des yeux au trait de jauge, pour une solution aqueuse transparente.
E — Vrai. Oui. Elle est conçue pour délivrer avec précision le volume de solution mère demandé.

Méthode à retenir. Associer pipette jaugée au prélèvement, fiole jaugée au volume final et lecture du ménisque à hauteur des yeux.

Question 12

Dissolution dans une fiole jaugée

On doit préparer 250 mL d’une solution aqueuse contenant 5,0 g de soluté. Quelles étapes ou valeurs sont correctes ?

On pèse 5,0 g de soluté avant la préparation. Le volume de la solution finie vaut 0,250 L. Une éprouvette graduée est nécessairement plus précise qu’une fiole jaugée pour ce volume. La concentration en masse vaut 20 g·L⁻¹. Il faut ajouter exactement 250 mL d’eau au solide pour obtenir 250 mL de solution.

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Réponse attendue : A, B, D

A — Vrai. Oui. La masse du soluté est la donnée fixée ; elle doit être introduite sans pertes significatives.
B — Vrai. Oui. 250 mL = 0,250 L, volume final à atteindre dans la fiole jaugée.
C — Faux. Non. Pour préparer un volume final précis, on utilise la fiole jaugée de capacité adaptée.
D — Vrai. Oui. cₘ = m/V, avec m = 5,0 g et V = 0,250 L : cₘ = 5,0/0,250 = 20 g·L⁻¹.
E — Faux. Non. Le volume final peut différer de la somme simple des volumes ; on dissout puis on complète au trait de la fiole de 250 mL.

Méthode à retenir. Dissoudre le soluté, transférer quantitativement, compléter jusqu’au trait de 250 mL, homogénéiser puis calculer cₘ.

Question 13

Étalonnage par masse volumique

À température identique, trois témoins d’un même soluté présentent (0 g·L⁻¹ ; 1,00 g·mL⁻¹), (20 g·L⁻¹ ; 1,02 g·mL⁻¹) et (40 g·L⁻¹ ; 1,04 g·mL⁻¹). Un inconnu a ρ = 1,03 g·mL⁻¹. On suppose la relation linéaire sur cet intervalle. Que conclure ?

La concentration estimée est 30 g·L⁻¹. La courbe d’étalonnage est exploitée par interpolation. Il faut distinguer masse volumique de la solution et concentration du soluté. Une mesure à température très différente serait interchangeable sans vérification. La valeur de ρ donne directement 1,03 g·L⁻¹ de soluté.

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Réponse attendue : A, B, C

A — Vrai. Oui. 1,03 est à mi-chemin de 1,02 et 1,04 g·mL⁻¹ ; par interpolation linéaire, cₘ est à mi-chemin de 20 et 40, soit 30 g·L⁻¹.
B — Vrai. Oui. 1,03 g·mL⁻¹ est situé entre deux valeurs mesurées ; aucune extrapolation au-delà des témoins n’est nécessaire.
C — Vrai. Oui. Le capteur mesure ρ ; la gamme connue relie ensuite cette grandeur à cₘ dans les conditions choisies.
D — Faux. Non. La masse volumique dépend de la température ; l’étalonnage et l’échantillon doivent être comparables.
E — Faux. Non. ρ est une masse volumique de solution en g·mL⁻¹, et cₘ une masse de soluté par litre de solution ; ce sont deux grandeurs distinctes.

Méthode à retenir. Tracer ou lire la correspondance témoin ρ ↔ cₘ ; interpoler seulement dans l’intervalle étalonné et garder les unités propres à chaque grandeur.

Question 14

Une échelle de teintes

Quatre solutions étalons bleues du même colorant sont à 2, 4, 6 et 8 g·L⁻¹. Dans les mêmes tubes et sous le même éclairage, l’échantillon a une teinte située entre les étalons 4 et 6 g·L⁻¹. Quelles conclusions sont soutenues ?

L’échelle de teintes établit exactement 5,000 g·L⁻¹. Des tubes de même géométrie facilitent une comparaison cohérente. On peut situer approximativement la concentration entre 4 et 6 g·L⁻¹. On peut comparer directement une solution verte d’un autre colorant sur cette gamme bleue. Cette méthode n’exige pas de confondre la masse volumique et la concentration en masse.

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Réponse attendue : B, C, E

A — Faux. Non. La teinte observée entre deux références donne un encadrement ou une estimation, pas cette valeur exacte à quatre chiffres significatifs.
B — Vrai. Oui. Une épaisseur traversée différente modifierait la perception de la teinte indépendamment de la concentration.
C — Vrai. Oui. La comparaison avec les étalons encadre l’inconnu, à condition de conserver le même mode d’observation.
D — Faux. Non. Une gamme d’étalonnage est construite pour un soluté donné dans des conditions de comparaison adaptées.
E — Vrai. Oui. On compare ici une teinte à des concentrations étalons ; aucune valeur de masse volumique n’est mesurée dans ce protocole.

Méthode à retenir. Un étalon sert de comparaison : conserver le même soluté et la même géométrie ; annoncer un intervalle si l’échantillon se trouve entre deux teintes.

Question 15

Lire le bas du ménisque

Une élève prépare 50,0 mL de solution transparente dans une fiole jaugée. Le ménisque est encore légèrement sous le trait ; que doit-elle faire ?

On peut enlever au hasard quelques gouttes de solution si on dépasse le trait, puis garder la même composition garantie. Le niveau juste sous le trait est sans conséquence sur la concentration obtenue. Boucher puis homogénéiser par retournements après l’ajustement. Ajouter l’eau goutte à goutte jusqu’à ce que le bas du ménisque atteigne le trait. Lire le niveau en regardant de haut pour gagner du temps.

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Réponse attendue : C, D

A — Faux. Non. Un dépassement compromet le volume préparé ; retirer de la solution enlève aussi du soluté et ne restaure pas automatiquement le protocole prévu.
B — Faux. Non. Un volume final plus petit que 50,0 mL donne une concentration en masse légèrement plus grande, si la masse de soluté est fixée.
C — Vrai. Oui. La dissolution et la dilution exigent une solution homogène avant son utilisation ou l’étiquetage.
D — Vrai. Oui. Pour une solution aqueuse transparente, on lit le bas du ménisque à hauteur des yeux ; les dernières gouttes évitent de dépasser le volume final.
E — Faux. Non. Une vue oblique crée une erreur de parallaxe ; l’œil se place à hauteur du trait de jauge.

Méthode à retenir. Lire à hauteur des yeux, ajuster le bas du ménisque et homogénéiser ; si le trait est dépassé, reprendre la préparation selon le niveau de précision demandé.

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