TP Préparation d’une solution

par dissolution d’un solide

Avant de commencer, écoutez attentivement les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.

Objectifs de la séance :

- Mettre en œuvre un protocole expérimental permettant de préparer une solution par dissolution d'un composé solide ;

- Prélever une quantité de matière d’une espèce chimique et déterminer la concentration d’une solution.

Les perfusions intraveineuses ont pour but l'administration de substances indispensables à la vie d'un patient. Elles sont incontournables dès lors que le patient ne peut plus rien absorber par voie orale (impossibilité de passer par le tube digestif). Les substances pouvant être administrées sont (liste non exhaustive) :

- du sodium, sous forme d’ions Na+ provenant souvent d’une solution de chlorure de sodium ; - du potassium ; - du glucose (soluté glucosé) ; - des lipides ; - des dérivés sanguins.

Ces solutions sont préparées dans des poches de différents volumes. Voici , par exemple, les poches que fabrique la société VIAFLO :

Solution n° 1 2 3 4

Dénomination GLUCOSE VIAFLO 5 %

Solution pour perfusion

Poches de 100 mL

GLUCOSE VIAFLO 5 % Solution pour perfusion

Poches de 250 mL

GLUCOSE VIAFLO 5 % Solution pour perfusion

Poches de 500 mL

GLUCOSE VIAFLO 5 % Solution pour perfusion

Poches de 1000 mL

Vsolution

(volume de la solution, en L) 0,100

mglucose

(masse de glucose, en g)

nglucose

(quanti té de matière de

glucose, en mol)

glucose

solution

n

V (en mol .L1)

Bien que le principe de la circulation sanguine ait été décrit dès 1628 par William Harvey et les capillaires sanguins découverts peu de temps après par Marcello Malpighi, il faudra attendre le XXe siècle, avec les travaux d'August Krogh pour que soit établit le mécanisme de régulation de la perfusion sanguine par l'ouverture et la fermeture des artérioles et des capillaires.

La perfusion est en fait une injection lente, prolongée et continue, à l'intérieur d'une veine (intraveineuse) le plus souvent, d'une quantité importante de sérum, de sang ou de substances médicamenteuses en solution (soluté).

Comment préparer une solution pour une perfusion ?

1) Etude préliminaire

C CC C

OHH

H

C CH2OH

OH OH

H H

OH

H

O

Le glucose est un sucre de formule C6H12O6. Il a un apport énergétique assez important et est souvent prescrit suite à des opérations.

Suite à une opération chirurgicale justement, un patient se voit administrer une solution de glucose sous forme de perfusion. Le médecin a prescrit une ordonnance pour une « solution à 5% en masse ». Cela signifie que dans 100 mL de solution, il y a 5,00 g de glucose.

2) Préparation d’une solution aqueuse de glucose

À l’aide du matériel ci-dessous, vous allez devoir préparer l’une des solutions de glucose du tableau précédent. Pour cela, vous devez imaginer un protocole expérimental (étapes à suivre) afin de préparer cette solution. Matériel à votre disposition :

Fiole Jaugée

Coupelle de pesée

Spatule Éprouvette

graduée Entonnoir

Pipette pasteur graduée

Glucose, saccharose,

…

Balance électronique

Protocole expérimental :

a) Quelle est la quantité de matière nglucose, en mole, correspondant à mglucose = 5,00 g de glucose ?

b) Complétez le tableau précédent.

c) Que constatez-vous pour les calculs de la dernière ligne ? Que peut représenter le rapport nglucose / Vsolution ?

d) Pour réaliser l’une de ces solutions, il faut faire la dissolution d’une masse précise de glucose dans de l’eau distillée.

- Rappelez la définition du mot solution. - Qu’est-ce qu’un solvant ? Dans le cas de la solution de glucose, quel est le solvant ?

- Qu’est-ce qu’un soluté ? Dans le cas de la solution de glucose, quel est le soluté ?

Questions

3) Préparation d’une solution de concentration donnée

Données : masses molaires atomiques M(C) = 12,0 g.mol1 ; M(H) = 1,0 g.mol1 ; M(O) = 16,0 g.mol1.

En suivant le protocole proposé dans la question 5) de la partie précédente, préparez les solutions aqueuses de glucose suivantes :

- Solution n°1 : solution de glucose de volume Vsolution = 100 mL et de concentration massique cm = 75 g.L1 ;

- Solution n°2 : solution de glucose de volume Vsolution = 100 mL et de concentration molaire c = 0,3 mol.L1.

4) Conclusion

Rédigez un protocole complet permettant de préparer un volume Vsolution = 1,00 L d’une solution de chlorure de sodium (NaCℓ) à la concentration c = 15,4 mmol.L1. Cette solution est appelée un sérum physiologique.

Données : masses molaires atomiques M(Na) = 23,0 g.mol1 ; M(Cℓ) = 35,5 g.mol1.

a) D’après vous, le volume de la solution est-il égal à celui du solvant ?

b) Calculez la concentration massique cm de votre solution (voir 3) pour la définition).

La concentration massique cm d'une espèce chimique en solution (soluté) est la masse m de cette espèce chimique présente dans un litre de solution :

La concentration molaire c d'une espèce chimique en solution (soluté) est la quantité de matière n de cette

espèce chimique présente dans un litre de solution :

a) Quelle est la masse de glucose mglucose à prélever pour préparer la solution n°1 ?

b) Calculez la concentration molaire c de la solution n°1.

c) Quelle est la masse de glucose mglucose à prélever pour préparer la solution n°2 ?

d) Calculez alors la concentration massique cm de la seconde n°2.

Questions

Questions

CORRECTION

1) Etude préliminaire

Solution n° 1 2 3 4

Dénomination GLUCOSE VIAFLO 5 %

Solution pour perfusion Poches de 100 mL

GLUCOSE VIAFLO 5 % Solution pour perfusion

Poches de 250 mL

GLUCOSE VIAFLO 5 % Solution pour perfusion

Poches de 500 mL

GLUCOSE VIAFLO 5 % Solution pour perfusion

Poches de 1000 mL

Vsolution

(volume de la solution, en L) 0,100 0,250 0,500 1

mglucose

(masse de glucose, en g) 5,00 12,5 25 50

nglucose

(quanti té de matière de glucose, en mol)

2,8 × 102 6,9 × 102 1,4 × 101 2,8 × 101

glucose

solution

n

V (en mol/L) 0,28 0,28 0,28 0,28

Exemple de calcul (Solution 1) :

M(C6H12O6) = 180 g.mol1

mglucose = solution

5V

100 = 5 g

M(C6H12O6) = glucose

glucose

m

n nglucose =

glucose

6 12 6

m

M C H O

2) Préparation d’une solution aqueuse de glucose

a) Le volume a varié à cause de l’ajout du soluté (glucose solide)

b) La concentration massique cm de la solution est :

glucose

m

solution

m

Vc 1

m

5,0

0,100c 50 g.L

c) Il faut utiliser une fiole jaugée :

3) Préparation d’une solution de concentration donnée

a) Masse de glucose mglucose à prélever pour la solution 1 :

glucose

m

solution

m

Vc glucose m solutionm Vc

A.N. : mglucose = 75 × 0,05 = 3,75 g

b) La concentration molaire c de cette solution sera :

glucose

m

glucose

solution glucose

glucose solution glucoseglucose

glucose

n m=V M

m V Mn

M

c

cc

A.N. : 75

180c = 0,42 mol.L–1

c) Masse de glucose mglucose à prélever pour la solution n°2 :

glucose

solution

glucose glucose glucose solution glucoseglucose

glucose

glucose

n=

Vm n M V M

mn

M

c

c

A.N. : mglucose = 0,3 × 0,05 × 180 = 2,7 g

d) La concentration massique de la solution n°2 sera :

glucose

m

solution

m

Vc

A.N. : cm = 2,7 ÷ 0,05 = 54 g.L–1

FICHE TP

Type d’activité : Activité expérimentale (TP 1,5 h)

Conditions de mise en œuvre : manipulation en binômes.

Pré- requis :

- Quantité de matière ; - Masse molaire ; - Connaitre les ustensiles courants utilisés en chimie.

NOTIONS ET CONTENUS COMPETENCES ATTENDUES

Solution : solvant, soluté, dissolution d’une espèce moléculaire ou ionique. Concentrations massique et molaire d’une espèce en solution non saturée.

Savoir que la concentration d'une solution en espèce dissoute peut s'exprimer en g.L–1 ou en mol.L–1. Connaître et exploiter l’expression de la concentration massique ou molaire d’une espèce moléculaire ou ionique dissoute. Prélever une quantité de matière d'une espèce chimique donnée. Préparer une solution de concentration donnée par dissolution.

Compétence spécifique :

- Elaborer et mettre en œuvre un protocole expérimental.

Compétences transversales :

Matériel (par groupe) : Bureau professeur :

- 2 fioles jaugées (1 de 100 mL et 1 de 50 mL) ;

- 2 béchers (1 de 100 mL et 1 de 50 mL) ;

- 1 éprouvette graduée de 100 mL ;

- Pissette d’eau distillée ;

- 1 pipette en plastique ;

- 1 balance ;

- 1 coupelle de pesée ;

- Glucose ; - Saccharose ; - Sel de table.

- 2 erlenmeyers (1 de 100 mL et 1 de 50 mL) ;

- 1 spatule ;

- 1 entonnoir.

Déroulement de la séance : (partie expérimentale)

Demander à un(e) élève de préparer une fiche pratique sur la préparation d’une solution par dissolution .

Présenter brièvement le matériel qu’ils connaissent (ne pas parler de la fiole jaugée).

Consigne donnée aux élèves :

« Préparez 100 mL d’une solution de glucose avec le matériel présent sur votre table ».

Aucune aide n’est donnée aux élèves.

Vérifier les volumes préparés en utilisant l’éprouvette graduée. Normalement aucun groupe n’a réussit à préparer exactement 100 mL. Introduire la fiole jaugée.

Vérifier de nouveau les volumes.

Faire une synthèse et élaborer un protocole expérimental avec liste du matériel.

Sources de l’activité

Activité n°2 p73 (BELIN 2nd, Collection Parisi)