- Cet article traite de la molarité .
- Tout d'abord, nous définirons la molarité et nous apprendrons l'équation qui s'y rapporte.
- Ensuite, nous apprendrons à trouver les moles dans les problèmes liés à la molarité.
- Ensuite, nous verrons comment calculer la molarité d'une solution diluée.
- Enfin, nous apprendrons à calculer la molarité d'une solution mélangée.
Définition de la molarité
Commençons par examiner la définition de la molarité.
Lamolarité est la concentration de soluté dissous dans une solution exprimée en unités de moles par litre.
Lamolarité, ou concentration molaire, décrit la concentration d'une quantité de substance dissoute dans un liquide. Nous appelons la substance que nous dissolvons un soluté et le liquide est appelé un solvant. Plus précisément, la molarité est définie par le nombre de moles par litre : mol/L.
Les solutés peuvent consister en tout ce qui se dissout dans un liquide ; il peut s'agir de solides, d'autres liquides ou même de gaz. Si tu connais la quantité d'un soluté en moles et le volume de solvant dans lequel il est dissous, trouver la molarité est simple !
Tu peux en apprendre davantage à ce sujet dans notre article surles "Solutions et mélanges" !
Équation de la molarité
L'équation standard de la molarité est heureusement très simple ! Il s'agit de :
$$Molarité\,(M)=\frac{n_{soluté}}{V_{solution}}$$.
Les trois variables sont définies comme suit :
M est la concentration molaire exprimée en mol/L
n est la quantité molaire du soluté exprimée en mol
V est le volume de la solution exprimé en L
Comment trouver les moles dans les problèmes de molarité
Souvent, les problèmes de molarité ne seront pas aussi simples que de diviser les moles du soluté par les litres de la solution. Ce n'est qu'une étape dans des problèmes plus complexes. Les premières étapes peuvent impliquer beaucoup de choses différentes, mais elles conduiront toutes à trouver finalement la quantité de soluté en moles et le volume en litres !
Au lieu de te donner uniquement des moles, un problème peut te donner le nombre de particules totales du soluté, la masse de soluté utilisée ou une réaction qui crée le soluté.
Examinons un problème : il peut sembler compliqué, mais n'oublie pas ton objectif final - tu dois seulement trouver la quantité totale de moles de soluté et le volume total de la solution.
Un élève prépare un bon bol de soupe, trouve la molarité du sel (NaCl) si telle est la recette :
1,5 litre d'eau
60 grammes de sel
0,5 kg de pâtes
0,75 litre de bouillon de poulet
200 grammes de beurre salé (3% de sel en poids)
- Isole les sources de soluté, c'est-à-dire de sel :60 g de sel (100 % de sel)200 g de beurre salé (3 % de sel)
- Trouvez la masse molaire du soluté, qui est le sel dans cet exemple : $$Na\,(22.98\frac{g}{mol})+Cl\,(35.45\frac{g}{mol})=58.44\frac{g}{mol}$$$.
- Calculer les moles de soluté (sel) dans le sel pur : $$\frac{60\,g}{58.44\frac{g}{mol}}=1.027\,mol$$.
- Trouver le poids du sel dans le beurre : $$200,g*3\%=6,g\N-NaCl$$.
- Calcule les moles de sel dans le beurre : $$\frac{6\,g}{58.44\frac{g}{mol}}=0.1027\,mol$$.
- Additionner les deux sources de sel pour obtenir le nombre total de moles : $$1.027\,mol+0.1027\,mol=1.129\,mol$$.
- Totalise tous les solvants utilisés : $$1.5l,L+0.75l,L=2.25l,L,H_2O$$1.5l+0.75l=2.25l d'eau
- Divise les moles de soluté par les litres de solvant : $$\frac{1.129\,mol}{2.25\,L}=0.501\,M$$$.
Même si ce problème comportait beaucoup d'étapes, tant que tu gardes ton objectif final à l'esprit, il est facile de trouver la solution ! N'oublie jamais que tu dois trouver la quantité totale de soluté et le volume total de la solution.
Si tu as du mal à suivre l'une de ces étapes, il peut être utile de rafraîchir tes connaissances sur les moles et la masse molaire en général.
Utilisations de la molarité
Lorsque tu fais réagir des produits chimiques, tu utilises presque toujours des solutions. En général, il est très difficile de faire réagir deux produits chimiques secs, donc l'un ou les deux réactifs doivent être dans une solution. Comme pour toute réaction chimique, les moles sont les acteurs clés, même si la réaction a lieu en solution.
Tu devras donc probablement aussi calculer les rapports molaires. Heureusement, ces rapports molaires n'ont même pas besoin d'être calculés avec des moles, ils peuvent être directement calculés avec la molarité. Comme la molarité est toujours exprimée par rapport à un seul litre, le rapport molaire reste le même.
Si tu as la molarité d'une solution et le volume de la solution, il est très facile de calculer les moles dans cette solution. Il suffit de multiplier les deux côtés de l'équation de la molarité par le volume pour obtenir :
$$M_1V_1=n_1$$.
Utilisons cette équation dans une simple réaction de précipitation avec deux solutions.
$$Pb(NO_3)_{2\,(aq)} + 2KI_{(aq)} \rightarrow 2KNO_{3\,(aq)} + PbI_{2\,(s)}$$$.
En utilisant cette réaction, trouve le volume de solution de KI(aq ) 1,2M nécessaire pour créer 1,5 moles de PbI2 si on le fait réagir avec des quantités excessives de Pb(NO3)2(aq).
- Trouve le rapport molaire entre le KI et le PbI2:2 KI pour faire 1 PbI2
- Calculer la quantité de KI nécessaire : $$1.5,mol,PbI_2*\frac{2,mol,KI}{1,mol,PbI_2}=3,mol,KI$$.
- Calculer le volume de solution nécessaire : $$\frac{3,mol}{1.2\frac{mol}{L}}=2.5\L,KI_{(aq)}$$$.
Ce problème est un exemple simple de l'utilisation de la molarité dans les réactions chimiques réelles. C'est un élément essentiel de presque toutes les réactions
Comment calculer les dilutions à l'aide de la molarité
Si tu dois un jour préparer une solution en laboratoire, ou si tu veux simplement réussir ton examen de chimie AP, tu vas devoir t'habituer aux molarités. L'une des meilleures utilisations de la molarité est de calculer rapidement les dilutions ! Au laboratoire, nous n'avons généralement que quelques solutions qui sont créées à des molarités spécifiques. Ces solutions sont appelées solutions de base.
Une solution mère est une solution standardisée dont la concentration molaire est connue avec précision et que l'on trouvera dans les laboratoires en grands volumes
Une solution mère d'acide chlorhydrique (HCl) 2,0 M est facile à produire et peut être conservée pendant longtemps. En général, cependant, tu auras besoin de concentrations plus faibles de HCl, de l'ordre de 0,1 M, pour effectuer ta réaction. Pour créer cette solution moins concentrée, tu dois diluer la solution de base en ajoutant plus de solvant. Dans certaines expériences telles que les titrages, les acides et les bases à faible concentration sont plus efficaces car ils sont plus faciles à contrôler. Heureusement, il existe un moyen facile de calculer les dilutions nécessaires, il suffit d'utiliser cette équation :
$M_1V_2=M_2V_2$$.
M1 et V1 désignent respectivement le volume et la molarité de la solution mère. En général, tu laisseras V1 comme variable car tu essaies de trouver le volume de la solution dont tu auras besoin.V2 etM2 font référence à la molarité et au volume de la solution que tu essaies de fabriquer. Voyons un exemple pour montrer comment cela fonctionnerait dans un laboratoire :
Lors des expériences, une variable indépendante devra toujours changer. En testant une large gamme de concentrations d'une solution, on peut voir si la concentration a un impact sur la variable dépendante.
Dans le cadre d'une expérience, tu veux tester si la concentration de sel dans l'eau affecte sa capacité à conduire l'électricité. Pour ce faire, tu dois créer des solutions avec des molarités de 5M et 1M, chacune ayant un total de 2L. Crée d'abord une solution de NaCl 5M avec du sel solide, puis crée la solution 1M en diluant la solution 5M.
Crée d'abord la solution 5M,
Trouve la quantité de sel en grammes nécessaire
Les moles de sel seront \N(5\N,M*2\N,L=10\N,mol)
Pour la masse de sel : $$58.55\frac{g}{mol}*10\Nmol=585.5\Ng$$.
Ajoute cette quantité de sel à 2L d'eau, ce qui donne la solution 5M.
Ensuite, dilue la solution 5M pour créer 2L de solution 1M.
$$M_1V_2=M_2V_2$$
$$5\,M(V_1)=1\,M(2\,L)$$
$$V_1=\frac{1\,M*2\,L}{5\,M}=0.4\,L$$
Ajoute 0,4L du 5M dans un bécher, puis ajoute suffisamment d'eau pour que le volume total soit égal à 2L. Cela signifie que tu n'auras à ajouter que 1,6L d'eau. N'oublie pas que c'est le volume total qui doit être de 2L, et non la quantité d'eau que tu ajoutes.
Donc, pour résumer
la première solution nécessitera 585,5g de sel et 2L d'eau.
la deuxième solution nécessitera 0,4L de la solution 5M et 1,6L d'eau
Molarité de plusieurs solutions mélangées
Il peut arriver que tu doives trouver la concentration de deux solutions après les avoir mélangées. Cela peut sembler compliqué, mais rappelle-toi les étapes de la résolution du problème original : 1ère étape : trouver le nombre total de moles et 2ème étape : trouver le volume total !
Supposons que tu aies plusieurs solutions avec plusieurs volumes. Tu dois stocker cette solution à long terme, mais tu n'as qu'un seul récipient approprié pour toutes ces solutions. Tu décides de les mélanger, mais tu dois déterminer le volume total et la molarité finale de toutes les solutions.
La solution 1 est de 3,0 M et tu en as 0,5 L.
La solution 2 est de 1,5M et tu en as 0,75L.
et la solution 3 est de 0,75M et tu en as 1,0L.
Trouve la molarité finale après avoir mélangé les trois solutions.
Pour commencer, tu veux trouver le nombre total de moles présentes de soluté qui se trouveront dans le mélange final.
Cela se fait facilement en additionnant les moles de soluté dans chaque solution.
Pour la solution 1, ce sera \(M_1V_1=n_1\) : $$3.0\,M(0.5\,L)=1.5\,mol$$
Pour la solution 2, ce sera \N(M_2V_2=n_2\N) : $$1.5\,M(0.75\,L)=1.125\,mol$$
Pour la solution 3, ce sera \N(M_3V_3=n_3\N) : $$0.75\,M(1.0\,L)=0.75\,mol$$
Pour le total, ce sera \(n_1+n_2+n_3\) : $$1.5\,mol+1.125\,mol+0.75\,mol=3.375\,mol$$Maintenant, trouve le volume total qui sera \(V_1+V_2+V_3\) : $$0.5\,L+0.75\,L+1.0\,L=2.25\,L$$
Enfin, comme précédemment, divise le nombre total de moles par le volume total : $$\frac{3.375\\N,mol}{2.25\N,L}=1.5\N,M$$.
À partir de cet exemple, il est donc facile de voir quelle devrait être l'équation lorsque l'on mélange n'importe quelle quantité de solutions avec le même soluté. Divise le nombre total de moles par le volume total !
Le nombre total de moles dans la solution sera \(n_1+n_2+n_3+...,\N-), mais ce sera \N(M_1V_1+M_2V_2+M_3V_3+...,\N-).
Le volume total est simplement \N(V_1+V_2+V_3+...,\N)
En les divisant, tu obtiens :
$$M_{solution}=\frac{M_1V_1+M_2V_2+...,}{V_1+V_2+...,}$$
Molarité - Points clés
- Lamolarité est la concentration de soluté dissous dans une solution, exprimée en unités de moles par litre.
- L'équation standard de la molarité est la suivante : $$Molarité,(M)=\frac{n_{solute}}{V_{solution}}$$.
M est la concentration molaire exprimée en mol/L
n est la quantité molaire du soluté exprimée en mol
V est le volume de la solution exprimé en L
Une solution mère est une solution normalisée dont la concentration molaire est connue avec précision et que l'on trouve en grand volume dans les laboratoires
Pour trouver la nouvelle molarité des dilutions, utilise l'équation suivante : $$M_1V_2=M_2V_2$$.
La molarité totale d'une solution est : $$M_{solution}=\frac{M_1V_1+M_2V_2+...,}{V_1+V_2+...,}$$.
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