L’essentiel
La concentration d’une solution indique la quantité de soluté par litre de solution. La concentration en masse vaut Cm = m / V, en g/L. La concentration en quantité de matière vaut C = n / V, en mol/L. On passe de l’une à l’autre avec Cm = C × M, où M est la masse molaire du soluté.
Quelle concentration utiliser ?
Le mot concentration recouvre deux grandeurs. Elles décrivent la même solution, mais pas avec la même mesure du soluté : sa masse dans un cas, sa quantité de matière dans l’autre. Les anciens manuels parlent de concentration massique et de concentration molaire.
Le choix dépend de ce que donne l’énoncé. Une masse pesée conduit à Cm. Une équation de réaction ou un titrage conduit à C, car les réactions se comptent en moles.
| Concentration en masse | Concentration en quantité de matière | |
|---|---|---|
| Symbole | Cm (ou t) | C |
| Formule | Cm = m / V | C = n / V |
| Unité courante | g/L | mol/L |
| Se mesure à partir de | La masse de soluté | Le nombre de moles de soluté |
| Sert surtout | Étiquettes, préparation par pesée | Réactions, titrages |
Astuce : Dans ces formules, V est le volume de la solution, pas celui de l’eau ajoutée. Convertis-le toujours en litres : 250 mL = 0,250 L.
Convertir une concentration : de g/L à mol/L
On part de m = n × M et on divise les deux membres par V. On obtient ainsi le lien entre les deux concentrations. Pour trouver M, additionne les masses molaires de tous les atomes de la formule.
Cm = C × M et C = Cm / M, avec M la masse molaire en g/mol.
- De g/L vers mol/L. Le sérum physiologique contient 9 g/L de chlorure de sodium, de masse molaire M = 58,5 g/mol. C = 9 ÷ 58,5 ≈ 0,15 mol/L.
- De mol/L vers g/L. Une solution d’hydroxyde de sodium à 0,20 mol/L, avec M = 40 g/mol, a pour concentration en masse Cm = 0,20 × 40 = 8,0 g/L.
- Avec des mg/L. Une eau minérale contient 80 mg/L de calcium, soit 0,080 g/L. Avec M = 40,1 g/mol : C ≈ 2,0 × 10⁻³ mol/L.
Les calculs types sur la concentration
Trois questions reviennent sans cesse. Elles utilisent toutes la même formule, écrite dans un sens ou dans l’autre.
- Calculer une concentration. On dissout 3,6 g de glucose dans 200 mL de solution : Cm = 3,6 ÷ 0,200 = 18 g/L. Avec M = 180 g/mol, n = 3,6 ÷ 180 = 0,020 mol et C = 0,020 ÷ 0,200 = 0,10 mol/L.
- Trouver la masse à peser. Pour 250 mL de solution de glucose à 0,20 mol/L : n = C × V = 0,20 × 0,250 = 0,050 mol, puis m = n × M = 0,050 × 180 = 9,0 g.
- Trouver un volume. Une solution à 12 g/L contient 3,0 g de soluté dans V = m ÷ Cm = 3,0 ÷ 12 = 0,25 L.
Concentration ou masse volumique : ne pas confondre
Les deux grandeurs peuvent s’exprimer en g/L, ce qui trompe souvent. La concentration en masse ne compte que le soluté. La masse volumique compte toute la solution, solvant compris.
Exemple : 1,00 L d’eau sucrée pèse 1 040 g et contient 100 g de sucre. Sa concentration en masse vaut 100 g/L, alors que sa masse volumique vaut 1 040 g/L.
Cm = masse de soluté ÷ volume de solution. ρ = masse de solution ÷ volume de solution.
La concentration des ions dans une solution
Quand un solide ionique se dissout, il libère ses ions. La concentration d’un ion se note entre crochets et dépend du nombre d’ions apportés par chaque unité de la formule. La formule du solide donne ces proportions.
- CaCl₂ à C = 0,10 mol/L donne [Ca²⁺] = 0,10 mol/L et [Cl⁻] = 2 × 0,10 = 0,20 mol/L.
- NaCl à C = 0,10 mol/L donne [Na⁺] = [Cl⁻] = 0,10 mol/L.
Astuce : Pour mesurer une concentration inconnue, on utilise un dosage : par étalonnage, avec l’absorbance par exemple, ou par titrage.
Les erreurs à éviter
Laisser V en millilitres Convertir V en litres
Avec 200 au lieu de 0,200, le résultat est 1 000 fois trop petit.
Diviser par la masse molaire pour passer de mol/L à g/L Multiplier par M
Cm = C × M. Pour vérifier, regarde les unités : mol/L × g/mol donne bien des g/L.
Dire que [Cl⁻] vaut C dans CaCl₂ [Cl⁻] = 2 × C
Chaque unité de CaCl₂ libère deux ions chlorure.
Exercices corrigés
1. On dissout 5,0 g de sel pour obtenir 0,50 L de solution. Que vaut Cm ?
Voir la correction
10 g/L. Cm = m / V = 5,0 ÷ 0,50 = 10 g/L.
2. Une solution de 0,60 L contient 0,30 mol de soluté. Que vaut C ?
Voir la correction
0,50 mol/L. C = n / V = 0,30 ÷ 0,60 = 0,50 mol/L.
3. Quelle masse de soluté contiennent 500 mL d’une solution à 20 g/L ?
Voir la correction
10 g. m = Cm × V = 20 × 0,500 = 10 g.
4. Une solution de chlorure de sodium a pour concentration en masse 11,7 g/L, avec M = 58,5 g/mol. Que vaut C ?
Voir la correction
0,20 mol/L. C = Cm / M = 11,7 ÷ 58,5 = 0,20 mol/L.
5. On dissout du chlorure de magnésium MgCl₂ à C = 0,25 mol/L. Que vaut [Cl⁻] ?
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0,50 mol/L. Chaque MgCl₂ libère deux ions Cl⁻ : [Cl⁻] = 2 × 0,25 = 0,50 mol/L.
6. Quelle masse de glucose (M = 180 g/mol) faut-il peser pour préparer 100 mL à 0,10 mol/L ?
Voir la correction
1,8 g. n = 0,10 × 0,100 = 0,010 mol, puis m = 0,010 × 180 = 1,8 g.
Questions fréquentes
Comment calculer une concentration ?
Divise la quantité de soluté par le volume de solution en litres. Avec une masse, tu obtiens Cm en g/L. Avec une quantité de matière, tu obtiens C en mol/L.
Quelle est la différence entre concentration massique et concentration molaire ?
La concentration massique, ou en masse, donne des grammes par litre. La concentration molaire, ou en quantité de matière, donne des moles par litre. Elles sont liées par Cm = C × M.
Comment passer de g/L à mol/L ?
Divise par la masse molaire du soluté : C = Cm / M. Pour faire l’inverse, multiplie par M.
Que devient la concentration quand on ajoute de l’eau ?
Elle diminue, car la quantité de soluté ne change pas alors que le volume augmente. C’est le principe de la dilution.