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jeudi 21 septembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: Chimie 1ère S
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Activité 3: Conductivité molaire ionique

 
a. On constate qu’une solution de concentration molaire c = 1 mol.m-3 de sulfate de cuivre Cu2+ (aq) + SO42–(aq) a une conductivité supérieure à celle d’une solution de chlorure de sodium Na+(aq) + Cl–(aq) de même concentration molaire en soluté apporté.
A l’aide du modèle, interpréter cette observation.

Définition : On appelle lX et lY les conductivités molaires ioniques respectives des ions X et Y. On admet que la conductivité d’une solution contenant les anions X et les cations Y, peut se mettre sous la forme
s = lX [X] + lY[Y].

b. Montrer que cette relation est en accord avec l’énoncé (5) du modèle et avec l’observation expérimentale donné au a ci-dessus.
Les ions solvatés ont été étudiés dans le chapitre précédent. Les questions qui suivent ne sont pas réellement au programme, mais permettent de réinvestir cette notion, ce qui n’est pas toujours possible, du moins avec le point de vue adopté ici.

c. On note R1 le rayon du cation au sein d’un solide ionique, R2 celui du cation solvaté et l la conductivité molaire ionique.
Proposer un classement des cations du tableau suivant, en trois catégories, compatible avec le premier point de l’énoncé (4) du modèle. Les valeurs des conductivités molaires ioniques de ces ions confirment-elles ce regroupement ?

Pour Li+, Na+ et Ag+, vérifier la validité du second point de l’énoncé (4).

Cations Li+ Na+ Ag+ Ca2+ Cu2+ Al3+
R1 (pm) 68 98 115 100 73 53
R2 (pm) 211 163 132 275 305 389
l (mS.m2.mol-1) 3,87 5,01 6,19 11,9 10,7 18,9



Corrigé: Conductivité molaire ionique

a. En valeur absolue, la charge des ions cuivre et sulfate est le double de celle des ions chlorure et sodium. Le premier point de l’énoncé (4) indique que la contribution d’un ion à la conductance (donc à la conductivité) augmente avec la valeur absolue de la charge. Donc pour une même concentration molaire en soluté apporté, la conductivité d’une solution de sulfate de cuivre est supérieure à celle d’une solution de chlorure de sodium.

b. La proportionnalité entre la conductivité et la concentration indique que la conductivité augmente quand la concentration augmente ; ceci est dit dans l’énoncé (5). Dans l’expression s = lX [X] + lY[Y], les conductivités molaires ioniques lX et lY prennent en compte la nature de chaque ion.

c. Les trois catégories peuvent être celles liées à la charge des ions : les ions chargés (1+) forment un premier groupe, les ions chargés (2+) forment un second groupe et l’aluminium, chargé (3+) représente un troisième groupe.

Un tel critère de classement, guidé par l’énoncé (4), est intéressant car il permet de retrouver dans le premier groupe les ions de plus faible l, dans le second groupe les ions de l intermédiaire, et dans le troisième groupe l’ion de plus grand l

Pour les trois cations de même charge (1+), les conductivités molaires ioniques augmentent quand le rayon R2 du cation solvaté diminue (et non pas quand le rayon R1 du cation au sein d’un solide diminue). Ceci est bien en accord avec l’énoncé (4) à partir du moment où l’on considère le rayon du cation solvaté. l

On peut interpréter ces résultats en disant que pour une même charge en valeur absolue, les ions les plus mobiles (grand l) sont ceux de plus petit rayon ionique à l’état solvaté.