La dissolution dans l'eau

1. Le sucre.

2. L'eau.

3. Une solution, et plus précisément une solution aqueuse.

1. Soluble.

2. Insoluble.

3. Soluble.

4. Insoluble.

1. $20+180=200$ g.

2. La masse d'une solution est la somme de la masse du soluté et de celle du solvant : aucune particule n'a été créée ni détruite.

1. Faux. Il est invisible, mais il est là : la balance le prouve.

2. Vrai.

3. Faux. Agiter rend la dissolution plus rapide, sans changer la quantité maximale.

4. Vrai. La solubilité du sucre augmente fortement avec la température.

1. Une solution qui ne peut plus dissoudre de soluté.

2. À la présence d'un dépôt au fond qui ne disparaît pas malgré l'agitation.

3. Le dépôt grossit : rien de plus ne se dissout.

1. Une fusion : c'est un changement d'état.

2. Une dissolution.

3. Une fusion : le chocolat passe du solide au liquide.

4. Une dissolution.

1. Un dépôt blanc de sel.

2. Que le sel n'avait pas disparu : il était seulement dispersé et invisible.

1. $C={\displaystyle \frac{20}{1}}=20$ g/L.

2. $C={\displaystyle \frac{30}{2}}=15$ g/L.

3. $C={\displaystyle \frac{5}{0,5}}=10$ g/L.

1. Agiter avec une cuillère.

2. Broyer le morceau en poudre fine.

3. Chauffer l'eau.

Les deux premiers accélèrent seulement ; le troisième permet en plus d'en dissoudre davantage.

1. Le premier : même masse dans un volume quatre fois plus petit.

2. Sa concentration diminue : c'est une dilution. La masse de sirop, elle, ne change pas.

1. $285-85=200$ g d'eau.

2. $310-285=25$ g de sucre.

3. $310-85=225$ g, ce qui est bien $200+25$ : la conservation est vérifiée.

1. $36$ g, la solubilité à cette température.

2. $60-36=24$ g de dépôt.

3. Non. L'agitation accélère la dissolution mais ne change pas la limite : la solution est saturée et le reste.

1. Environ $490$ g.

2. La solubilité chute à $200$ g : l'eau ne peut plus garder tout le sucre dissous, et l'excédent cristallise au fond.

3. $490-200=290$ g de sucre se déposent. C'est le principe de la fabrication du sucre candi.

1. Celui qui agite.

2. Non, elles sont rigoureusement identiques : même masse de sel, même volume d'eau, donc même concentration.

3. L'agitation change la vitesse de la dissolution, jamais son résultat. C'est la même distinction qu'entre le chemin et la destination.

1. $100+9=109$ mL.

2. $109-107=2$ mL de moins que prévu.

3. Les particules de soluté se logent en partie dans les espaces laissés entre celles du solvant, comme du sable versé sur des billes. L'empilement final est plus compact que la somme des deux.

4. Oui, toujours : la masse compte des particules, et leur nombre ne change pas. C'est la différence de fond entre les deux grandeurs.

1. Oui, entièrement : c'est pourquoi la boisson fermée est un mélange homogène, sans bulle visible.

2. Parce qu'un gaz se dissout moins bien dans l'eau chaude. Dans la bouteille chaude, une plus grande partie du gaz cherche à quitter la solution, et elle le fait brutalement dès que la pression chute à l'ouverture.

3. Pour la plupart des solides, chauffer augmente la solubilité ; pour les gaz, chauffer la diminue. Les deux règles vont en sens contraire, et c'est une des rares fois du programme où c'est le cas.

1. $300$ mL $=0,3$ L, donc $C={\displaystyle \frac{45}{0,3}}=150$ g/L.

2. $C={\displaystyle \frac{45}{0,9}}=50$ g/L.

3. Non, elle vaut toujours $45$ g. Diluer ajoute du solvant, pas du soluté : seul le volume change, donc seule la concentration change.

1. B est exactement à la limite, donc saturée. C est saturée avec un dépôt. A ne l'est pas.

2. $36$ g pour $100$ mL, valeur au-delà de laquelle le dépôt apparaît.

3. Les $200$ mL d'eau peuvent maintenant dissoudre $72$ g de sel, alors que le bécher n'en contient que $45$ : le dépôt disparaît entièrement et la solution cesse d'être saturée.

1. $35\times 0,25=8,75$ g.

2. $35\times 2=70$ g de sels.

3. Non, loin de là : la solubilité du sel est d'environ $360$ g par litre, soit dix fois plus. C'est d'ailleurs pourquoi on peut faire des marais salants : il faut évaporer beaucoup d'eau avant que le sel ne commence à cristalliser.

1. Le sirop est le soluté, l'eau le solvant, puisqu'elle est en plus grande quantité.

2. ${\displaystyle \frac{50}{250}}={\displaystyle \frac{1}{5}}$, soit un cinquième.

3. Doubler le volume final à masse de sirop constante, c'est-à-dire compléter jusqu'à $500$ mL. Ajouter du sirop ferait exactement l'inverse.

1. Non. Un liquide trouble n'est pas homogène : les grains sont toujours là, simplement en suspension.

2. Non, et la distinction est importante. Une solution saturée est limpide au-dessus de son dépôt, parce qu'elle contient réellement du soluté dissous. Ici rien n'est dissous : c'est un simple mélange hétérogène.

3. Par décantation puis filtration, puisque la craie n'est pas dissoute. Cette méthode serait sans effet sur du sel dissous.

1. $21\times 2=42$ g.

2. $75\times 2=150$ g.

3. Les $100$ g tiennent à $100$ °C, puisque la limite y est de $150$ g. En refroidissant, la limite tombe à $42$ g : il se dépose donc $100-42=58$ g de cristaux bleus au fond.

1. Mesurer $100$ mL d'eau à l'éprouvette et les verser dans un bécher, à $20$ °C. Peser une masse connue de sel, par exemple $50$ g. En ajouter de petites quantités successives en agitant à chaque fois, jusqu'à ce qu'un dépôt persiste. Peser le sel restant non utilisé, et filtrer puis sécher le dépôt pour le peser aussi. La masse dissoute est la masse ajoutée moins la masse du dépôt.

2. Parce que la solubilité dépend de la température. Une mesure faite à une température inconnue ne se compare à rien, et une eau qui se réchauffe pendant l'expérience dissoudrait davantage en fin de manipulation qu'au début.

3. En prolongeant l'agitation après l'apparition du dépôt, plusieurs minutes. Si le dépôt subsiste inchangé, la saturation est réelle. S'il finit par disparaître, c'est que l'agitation était insuffisante et qu'il faut poursuivre les ajouts.

Kenza. Le sucre s'est dissous, il n'a pas fondu. La fusion est un changement d'état qui exige de chauffer le sucre lui-même jusqu'à sa température de fusion ; ici il s'est simplement dispersé dans le thé.

Omar. L'agitation accélère la dissolution mais ne change pas la solubilité. Au-delà de la limite, le sel restera au fond quelle que soit l'énergie dépensée. Pour en dissoudre davantage, il faut soit chauffer, soit ajouter de l'eau.

Nada. La masse se conserve : la solution pèse exactement la somme des deux masses. Rien n'a disparu, le sel est seulement invisible.

2. Peser un bécher contenant l'eau et, à côté sur le même plateau, le sel dans une coupelle. Noter la masse totale. Verser le sel dans l'eau, dissoudre, remettre la coupelle vide sur le plateau et peser à nouveau. Les deux valeurs sont identiques, ce qui règle la question.

1. Oui : $400<490$, la limite n'est pas atteinte.

2. $200$ g, la solubilité à $20$ °C.

3. $400-200=200$ g de sucre cristallisent.

4. Parce qu'un refroidissement lent laisse le temps aux particules de se ranger : elles forment alors de gros cristaux réguliers, ce qui est précisément le sucre candi. Un refroidissement brutal donne une multitude de petits cristaux désordonnés, donc une poudre plutôt qu'un candi.

1. Première : $40\times 0,3=12$ g. Seconde : $90\times 0,2=18$ g.

2. Masse totale : $12+18=30$ g. Volume total : $0,3+0,2=0,5$ L.

3. $C={\displaystyle \frac{30}{0,5}}=60$ g/L.

4. Non. La moyenne simple vaudrait ${\displaystyle \frac{40+90}{2}}=65$ g/L. Le résultat est plus proche de $40$ que de $90$ parce que la solution la moins concentrée apporte un plus grand volume. Une concentration se calcule toujours en additionnant les masses et les volumes séparément, jamais en moyennant les concentrations.

1. A seulement. Le liquide y est limpide et homogène : c'est une solution saturée. Dans B, rien n'est dissous, le trouble signale des grains en suspension.

2. Dans A, $36$ g de sel sont dissous et $14$ g reposent au fond. Dans B, zéro : la craie est insoluble, les $50$ g sont tous restés solides.

3. Dans A, la filtration retient les $14$ g de dépôt et laisse passer la solution ; l'évaporation du filtrat donne ensuite $36$ g de sel. Dans B, la filtration retient la totalité des $50$ g et l'évaporation du filtrat ne donne rien. C'est le test qui sépare une dissolution d'une simple suspension.

1. Non. La vapeur d'eau n'apparaît en bulles qu'à l'ébullition, vers $100$ °C.

2. De l'air dissous dans l'eau : le dioxygène et le diazote y sont présents en petite quantité, ce qui permet d'ailleurs aux poissons de respirer.

3. Parce qu'un gaz se dissout moins bien quand la température monte. Le chauffage fait donc sortir de la solution une partie de l'air dissous, qui se rassemble en bulles.

4. Non, elle paraît plus fade. Une partie des gaz dissous, qui contribuent au goût, a été chassée par le chauffage et n'est pas revenue au refroidissement, ou seulement très lentement.

1. $100$ mL dissolvent $36$ g, donc il faut ${\displaystyle \frac{90}{36}}\times 100=250$ mL d'eau.

2. $250$ mL $=0,25$ L, donc $C={\displaystyle \frac{90}{0,25}}=360$ g/L. C'est la concentration d'une solution saturée de sel, quel que soit le volume.

3. $200$ mL dissolvent $36\times 2=72$ g, donc il resterait $90-72=18$ g au fond.

4. En chauffant. À $100$ °C, la solubilité passe à $39$ g pour $100$ mL, donc $78$ g pour $200$ mL : cela ne suffit toujours pas, il resterait $12$ g. Le sel est justement le cas où le chauffage aide très peu. Avec du sucre, en revanche, la même manœuvre serait décisive.

1. $21$ g se dissolvent et donnent une solution bleue limpide ; $80-21=59$ g reposent au fond. L'ensemble est hétérogène, avec une solution saturée au-dessus du dépôt.

2. La limite passe à $75$ g : $75$ g sont dissous et il reste $80-75=5$ g au fond. La solution est plus foncée et le dépôt a fortement diminué, sans disparaître.

3. La limite retombe à $21$ g : $54$ g recristallisent et s'ajoutent aux $5$ g restés au fond, soit à nouveau $59$ g de dépôt. On retrouve exactement la situation de départ.

4. Non, à aucun moment, en récipient fermé. Les $80$ g de sulfate et les $100$ g d'eau sont toujours présents, seule leur répartition entre dissous et déposé a changé.

5. En évaporant toute l'eau. Le sulfate de cuivre, non volatil, reste intégralement au fond : on récupère les $80$ g de départ. C'est exactement la méthode qu'étudie le chapitre suivant, consacré à la séparation des constituants d'un mélange.