La concentration d’une solution revient dans la plupart des épreuves de physique-chimie, du contrôle de seconde jusqu’au bac. La formule de base (C = n/V ou Cm = m/V) paraît simple, mais les erreurs de conversion d’unités et les confusions entre concentration molaire et concentration massique représentent une part notable des points perdus. Les exercices corrigés qui suivent ciblent ces difficultés précises, avec un raisonnement détaillé à chaque étape.
Concentration molaire et massique : la confusion qui coûte des points au bac
La concentration molaire C s’exprime en mol/L. La concentration massique Cm s’exprime en g/L. Les deux grandeurs sont liées par la masse molaire M du soluté : Cm = C × M. Beaucoup d’élèves appliquent la bonne formule mais se trompent d’unité en cours de route.
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L’erreur la plus fréquente survient lors du passage des millilitres aux litres. Un volume de 250 mL devient 0,250 L, pas 2,50 L. Placer systématiquement la conversion d’unités avant le calcul, sur une ligne séparée, réduit ce type de faute.
Les programmes scolaires français orientent désormais les exercices vers la concentration molaire en priorité, conformément aux recommandations IUPAC. La concentration massique reste utilisée, mais les énoncés du bac posent de plus en plus souvent la question en mol/L. Savoir passer de l’une à l’autre sans hésiter est donc un prérequis.
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Exercice corrigé : calcul de concentration molaire d’une solution d’éosine
L’éosine est un antiseptique courant. On souhaite préparer 250,0 mL de solution aqueuse d’éosine à la concentration de 2,90 × 10⁻² mol/L. La masse molaire de l’éosine vaut 693,6 g/mol.
Calcul de la quantité de matière
On utilise la relation n = C × V. Le volume doit être converti : V = 250,0 mL = 2,500 × 10⁻¹ L.
n = 2,90 × 10⁻² × 2,500 × 10⁻¹ = 7,25 × 10⁻³ mol.
Calcul de la masse à peser
La masse se déduit de m = n × M. Soit m = 7,25 × 10⁻³ × 693,6 = 5,03 g. Il faut donc peser environ 5,03 g d’éosine pure, puis compléter avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge d’une fiole de 250 mL.
Ce type d’exercice apparaît régulièrement dans les sujets de chimie en seconde et en première. La difficulté ne réside pas dans la formule, mais dans la rigueur des conversions et le nombre de chiffres significatifs à conserver.
Exercice corrigé : concentration et saturation de l’aspirine
La solubilité de l’aspirine (C₉H₈O₄) dans l’eau à 25 °C est de 1 g pour 300 mL de solution. Sa masse molaire vaut 180 g/mol.
Concentration molaire maximale
La concentration massique maximale vaut Cm = 1 / 0,300 = 3,33 g/L. Pour obtenir la concentration molaire maximale, on divise par la masse molaire : C = 3,33 / 180 = 1,85 × 10⁻² mol/L.
Vérification de la saturation
On prépare 400 mL de solution avec 1,20 g d’aspirine. La concentration massique obtenue est Cm = 1,20 / 0,400 = 3,00 g/L. Cette valeur reste inférieure à 3,33 g/L : la solution n’est pas saturée.
La concentration molaire de cette solution vaut C = 3,00 / 180 = 1,67 × 10⁻² mol/L. On peut encore ajouter de l’aspirine avant d’atteindre la saturation. La masse maximale supplémentaire se calcule en faisant la différence entre la masse maximale dissoute dans 400 mL (soit 3,33 × 0,400 = 1,33 g) et la masse déjà dissoute (1,20 g), ce qui donne 0,13 g.
Exercice corrigé : glycémie et concentration en glucose
Un taux de glycémie normal correspond à une concentration en glucose (C₆H₁₂O₆) dans le sang de 5,55 × 10⁻³ mol/L. La masse molaire du glucose est 180 g/mol.
Conversion en concentration massique
Cm = C × M = 5,55 × 10⁻³ × 180 = 0,999 g/L, soit environ 1 g/L.
Cet exercice illustre un cas concret où la chimie rencontre la biologie. Le passage de la concentration molaire à la concentration massique permet de comparer directement avec les valeurs affichées sur une analyse de sang, exprimées en g/L.
Pourquoi cet exercice piège les élèves
La donnée de départ est en mol/L, mais la réponse attendue en g/L. L’élève qui ne repère pas cette inversion d’unité dans l’énoncé perd la totalité des points. Lire la question deux fois avant de poser la formule évite ce genre de piège.
Méthode pour résoudre un exercice de concentration sans erreur
Plutôt qu’apprendre des dizaines de formules par cœur, une approche systématique couvre la majorité des exercices de chimie sur les solutions :
- Identifier les grandeurs données dans l’énoncé (masse, volume, quantité de matière, masse molaire) et les unités associées
- Convertir toutes les grandeurs dans le système international avant de poser le calcul (mL en L, mg en g)
- Choisir la formule adaptée : C = n/V pour la concentration molaire, Cm = m/V pour la concentration massique, et Cm = C × M pour passer de l’une à l’autre
- Vérifier la cohérence du résultat : une concentration de plusieurs centaines de mol/L pour une solution aqueuse classique signale une erreur de conversion
Cette grille fonctionne aussi pour les exercices de dilution, où la relation C₁ × V₁ = C₂ × V₂ s’ajoute à la boîte à outils. La dilution ne modifie pas la quantité de soluté, seulement le volume total.
Révision pour le bac : pièges récurrents en chimie des solutions
Les sujets de physique-chimie combinent souvent un calcul de concentration avec une question d’interprétation. Par exemple, déterminer si une solution est saturée, ou calculer le volume de solvant à ajouter pour atteindre une concentration cible.
- Piège de la fiole jaugée : le volume de solution finale correspond au trait de jauge, pas au volume de solvant ajouté
- Piège des chiffres significatifs : le résultat ne peut pas comporter plus de chiffres significatifs que la donnée la moins précise de l’énoncé
- Piège de la masse volumique : certains énoncés donnent une densité au lieu d’un volume, ce qui impose un calcul intermédiaire
L’entraînement régulier sur des exercices corrigés reste le moyen le plus fiable de repérer ces subtilités. Refaire un exercice raté quelques jours plus tard, sans regarder la correction, consolide la méthode mieux qu’une relecture passive du cours.
Chaque exercice présenté ici repose sur les mêmes formules de base. La différence entre un résultat juste et une copie à refaire tient rarement à la compréhension théorique : elle tient aux conversions d’unités et à la lecture attentive de l’énoncé.
