L'eau et les solutions aqueuses

Exercice 1 — Mélanges et solutions (4 points)
1. Classement des mélanges :

• (a) eau + sel dissous → Homogène (H) : le sel est dissous dans l'eau ; on ne distingue pas les constituants à l'œil nu, l'aspect est uniforme.
• (b) eau + sable → Hétérogène (HE) : le sable ne se dissout pas dans l'eau ; on voit les grains, le mélange n'est pas uniforme.
• (c) limonade → Homogène (H) : la limonade est un mélange uniforme et transparent (si les bulles ne sont pas visibles à l'œil nu).
• (d) eau + huile → Hétérogène (HE) : l'huile ne se dissout pas dans l'eau ; on observe deux couches distinctes.

2. Définition d'une solution aqueuse :
Une solution aqueuse est un mélange homogène dont le solvant est l'eau. Elle est obtenue en dissolvant une ou plusieurs substances (solutés) dans l'eau.

3. Exemple de solution aqueuse :
Exemples acceptés :

• L'eau salée (soluté : le sel / NaCl)
• Le sérum physiologique (soluté : le sel)
• L'eau sucrée (soluté : le sucre)
• L'eau minérale (solutés : les minéraux dissous)

Exercice 2 — Soluté et solvant (3 points)
(a) Soluté et solvant dans le sirop :

• Soluté : le sucre (la substance dissoute, présente en plus petite quantité)
• Solvant : l'eau (la substance qui dissout, présente en plus grande quantité)

(b) Masse totale du sirop :
Lors de la dissolution, la masse se conserve :
m(sirop) = m(sucre) + m(eau) = 80 g + 400 g = 480 g

(c) Nature du mélange :
Le sirop est un mélange homogène.
Justification : le sucre est soluble dans l'eau ; une fois dissous, on ne distingue plus les constituants à l'œil nu. L'aspect est uniforme dans tout le volume : c'est bien un mélange homogène (solution aqueuse).

Exercice 3 — Calcul de concentration (5 points)
(a) Conversion 800 mL en litres :
1 L = 1 000 mL, donc :
V = 800 mL ÷ 1 000 = 0,8 L

(b) Formule de la concentration en masse :
C = msoluté / Vsolution

• C : concentration en masse, exprimée en g/L (grammes par litre)
• m : masse du soluté en g (grammes)
• V : volume de la solution en L (litres)

(c) Calcul de la concentration C :
C = m / V = 24 g / 0,8 L = 30 g/L
La concentration de cette solution de sel est de 30 g/L.

(d) Comparaison avec le sérum physiologique (9 g/L) :
La solution préparée (30 g/L) est plus concentrée que le sérum physiologique (9 g/L).
Justification : 30 g/L > 9 g/L, ce qui signifie que la solution contient davantage de sel par litre que le sérum.

(e) Masse de sel pour obtenir une solution à 9 g/L dans 800 mL :
On utilise la formule : m = C × V
m = 9 g/L × 0,8 L = 7,2 g
Il faudrait dissoudre 7,2 g de sel dans 800 mL d'eau pour obtenir une solution à 9 g/L.

Exercice 4 — Solubilité et saturation (4 points)
Donnée : solubilité du sel = 36 g pour 100 mL à 20 °C

(a) Peut-on dissoudre 30 g dans 100 mL à 20 °C ?
Oui.
Justification : 30 g < 36 g (limite de solubilité pour 100 mL). La quantité de sel ne dépasse pas la limite maximale : le sel se dissout complètement et la solution est homogène.

(b) Peut-on dissoudre 80 g dans 200 mL à 20 °C ?
Calcul de la limite pour 200 mL : 36 g × 2 = 72 g maximum.
Or 80 g > 72 g : Non, on ne peut pas dissoudre 80 g dans 200 mL.
Justification : la quantité dépasse la solubilité maximale (72 g pour 200 mL). La solution est saturée et 80 − 72 = 8 g de sel resteraient non dissous au fond du récipient.

(c) Observation si l'on ajoute trop de sel :
On observerait un dépôt de cristaux de sel au fond du récipient. Le sel en excès reste sous forme solide car il ne peut plus se dissoudre : la solution est saturée. La solution au-dessus resterait claire et homogène, mais du sel solide serait visible au fond.

(d) Nom de cette solution :
Une solution qui ne peut plus dissoudre de soluté supplémentaire est une solution saturée.

Exercice 5 — Raisonnement (4 points)
Données : eau distillée, eau du robinet (250 mg/L de calcium), eau de mer (35 g/L de sel)

(a) Laquelle est la plus pure ?
L'eau distillée est la plus pure.
Justification : la distillation élimine presque tous les solutés (sels minéraux, impuretés). L'eau distillée ne contient pratiquement aucune substance dissoute, contrairement à l'eau du robinet (qui contient des minéraux) et à l'eau de mer (très concentrée en sel).

(b) L'eau de mer : homogène ou hétérogène ?
L'eau de mer est un mélange homogène.
Justification : le sel (et les autres minéraux) sont complètement dissous dans l'eau. On ne distingue pas les constituants à l'œil nu ; l'aspect est uniforme. C'est une solution aqueuse.

(c) Pourquoi l'eau distillée n'est-elle pas recommandée à la boisson quotidienne ?
L'eau distillée ne contient aucun minéral dissous (calcium, magnésium, fluorures…). Or, ces minéraux sont nécessaires au bon fonctionnement de l'organisme. Consommée régulièrement, l'eau distillée peut entraîner des carences minérales. L'eau du robinet et l'eau minérale apportent ces minéraux indispensables.

(d) Que reste-t-il après évaporation de l'eau de mer ?
Après évaporation de l'eau (solvant), il reste les sels minéraux (notamment du sel de table, NaCl) sous forme de cristaux solides dans le récipient.
Explication : lors de la dissolution, le sel est dispersé dans l'eau mais n'a pas disparu (la masse se conserve). Quand l'eau s'évapore, le soluté ne peut plus rester dissous et il reprend sa forme solide : c'est le phénomène inverse de la dissolution, appelé cristallisation.