Dissolution et solvatation/Exercices/Autour du phosphate de sodium
Apparence
Le phosphate de sodium est un solide ionique, constitué des ions sodium Na+ et des ions phosphates PO43−.
- Ecrire la formule de ce solide en la justifiant.
- Expliquer ce qu’est une structure cristalline et ce qui assure la cohésion du cristal de phosphate de sodium.
- Donner la représentation de Lewis de la molécule d’eau en justifiant bien toute la démarche. Donner la géométrie de cette molécule et la représenter.
- En déduire pourquoi la molécule d’eau a un caractère dipolaire.
- Expliquer l’étape de la dissociation du phosphate de sodium lors de sa dissolution dans de l’eau.
- Qu’appelle-t-on hydratation des ions ? Faire un schéma pour l’ion sodium et l’ion phosphate.
- Ecrire l’équation de cette dissolution.
- La concentration effective en ion sodium [Na+] est égale à 6,0 × 10−2 mol L−1. Quelle est la concentration csoluté en soluté apportée de la solution ? Quelle est la concentration effective en ions phophate [PO43−] ?
- Quelle masse de phosphate de sodium solide faut-il prélever pour préparer Vsol = 50 mL de solution à la concentration csoluté = 2,0 × 10−2 mol L−1 ?
- On ajoute à présent une masse m(NaCl) = 2,0 g de chlorure de sodium solide NaCl (s) à la solution précédente sans variation de volume. Déterminer les concentrations effectives de tous les ions dissous.
Données
- M(O) = 16,0 g mol−1
- M(Na) = 23,0 g mol−1
- M(P) = 31,0 g mol−1
- M(Cl) = 70,9 g mol−1
- χ(H) = 2,2
- χ(O) = 3,5
- Z(H) = 1
- Z(O) = 8
Solution
- Comme un solide ionique est forcément neutre, il faut autant de charges positives que de charges négatives : on a donc 3 ions sodium Na+ pour un ion phosphate PO43− : Na3PO4 (s).
- Une structure cristalline est un empilement régulier et ordonné de cations et d’anions. La stabilité est assurée par les forces d’interaction électrostatique attractives en cations et anions.
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La molécule d'eau est composée de 2 atomes d'hydrogène et 1 atome d'oxygène.
- H(Z = 1) : (K)1
- O(Z = 8) : (K)2(L)6
Comme il y a 4 doublets autour de l’oxygène, ceux-ci se répartissent selon un tétraèdre.
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On détermine la différence d'électronégativité de la liaison O-H.
Les barycentres des charges partielles ne se coïncident pas donc il est polaire.
- Le pôle nord de l'eau est attiré au pôle sud du solide du phosphate de sodium et inversement, la force électrostatique exercée par l'eau est plus intense que la force qui maintient la cohésion du solide donc il dissous dans l'eau où ses ions se dissocient.
- Les ions sont couverts de molécules d'eau de la manière représentée ci-dessous.
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L'équation de dissolution du phosphate de sodium dans l’eau est la suivante.
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D'après l'équation de dissolution, le coefficient stœchiométrique de Na+ est 3 donc sa concentration molaire est 3 fois plus importante que celle du soluté.
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On calcule la masse du soluté msoluté.
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L'équation de dissolution de NaCl (s) est la suivante.
- Échec de l’analyse (Erreur de conversion. Le serveur (« https://wikimedia.org/api/rest_ ») a indiqué : « Cannot get mml. TeX parse error: Bracket argument to \\ must be a dimension »): {\displaystyle {\begin{aligned}[{\text{Na}}_{({\text{aq}})}^{+}]&=[{\text{Cl}}_{({\text{aq}})}^{-}]=C({\text{NaCl}})={\frac {m_{\text{NaCl}}}{M({\text{NaCl}})\times V_{\text{sol}}}}\\[{\text{Na}}_{({\text{aq}})}^{+}]&=[{\text{Cl}}_{({\text{aq}})}^{-}]=C({\text{NaCl}})={\frac {m_{\text{NaCl}}}{(M({\text{Na}})+M({\text{Cl}}))\times V_{\text{sol}}}}\end{aligned}}}
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Pour PO43− (aq), sa concentration molaire ne change pas donc:
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Pour Cl− (aq), on calcule sa conconcentration moléaire en utilisant la formule suivante.
- Échec de l’analyse (Erreur de conversion. Le serveur (« https://wikimedia.org/api/rest_ ») a indiqué : « Cannot get mml. upstream connect error or disconnect/reset before headers. reset reason: connection termination »): {\displaystyle {\begin{aligned}[{\text{Cl}}_{({\text{aq}})}^{-}]&={\frac {2{,}0}{(23{,}0+31{,}0)\times 5{,}0\times 10^{-2}}}\\[{\text{Cl}}_{({\text{aq}})}^{-}]&=6{,}8\times 10^{-1}\ {\text{mol}}\cdot {\text{L}}^{-1}\end{aligned}}}
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Pour Na+ (aq), on calcule sa conconcentration moléaire en utilisant la formule suivante.
- Échec de l’analyse (erreur de syntaxe): {\displaystyle [\text{Na}^{+}_{(\text{aq})}]_{\text{total}} = [\text{Na}^{+}_{(\text{aq})}] + \frac{m_{\text{NaCl}}}}{(M(\text{Na}) + M(\text{Cl})) \times V_{\text{sol}}}}
- Échec de l’analyse (Erreur de conversion. Le serveur (« https://wikimedia.org/api/rest_ ») a indiqué : « Cannot get mml. TeX parse error: Bracket argument to \\ must be a dimension »): {\displaystyle {\begin{aligned}[{\text{Na}}_{({\text{aq}})}^{+}]_{\text{total}}&=6{,}0\times 10^{-3}{\frac {2{,}0}{(23{,}0+31{,}0)\times 5{,}0\times 10^{-2}}}\\[{\text{Na}}_{({\text{aq}})}^{+}]_{\text{total}}&=7{,}0\times 10^{-1}\ {\text{mol}}\cdot {\text{L}}^{-1}\end{aligned}}}