Préparation et dilution d'une solution

Introduction

Au laboratoire de chimie, il est fréquent de devoir préparer des solutions de concentration précise. Deux méthodes sont utilisées : la dissolution d'un soluté pur dans un solvant, ou la dilution d'une solution existante plus concentrée. Maîtriser ces deux techniques et connaître la verrerie appropriée est indispensable pour réaliser des dosages, des synthèses ou toute manipulation quantitative en chimie de Première.

Section 1 — Préparation d'une solution par dissolution

Principe

Préparer une solution par dissolution consiste à dissoudre un soluté pur (solide, liquide ou gaz) dans un solvant (généralement l'eau) pour obtenir un mélange homogène de concentration connue.

Calcul préalable

Avant toute manipulation, on calcule la masse $m$ de soluté à peser. Connaissant la concentration souhaitée $C$, le volume final $V$ et la masse molaire $M$ du soluté :

$$n = C \times V \quad \text{puis} \quad m = n \times M$$

Exemple : Préparer $250$ mL d'une solution de glucose ($C_6H_{12}O_6$, $M = 180$ g/mol) à $0{,}10$ mol/L.

$$n = 0{,}10 \times 0{,}250 = 0{,}025 \text{ mol}$$

$$m = 0{,}025 \times 180 = 4{,}5 \text{ g}$$

Il faut peser $4{,}5$ g de glucose.

Protocole expérimental

1. Calculer la masse $m$ de soluté nécessaire
2. Peser la masse $m$ à l'aide d'une balance de précision (sur une coupelle de pesée ou dans un bécher)
3. Dissoudre le soluté dans un bécher avec un peu de solvant (moins que le volume final), en agitant avec un agitateur en verre
4. Transvaser la solution dans une fiole jaugée du volume souhaité, à l'aide d'un entonnoir
5. Rincer le bécher et l'entonnoir avec du solvant pour ne perdre aucune trace de soluté (les eaux de rinçage sont versées dans la fiole)
6. Compléter avec le solvant jusqu'au trait de jauge (le bas du ménisque doit être tangent au trait)
7. Boucher et homogénéiser en retournant la fiole plusieurs fois

Point important : On ne verse jamais le soluté directement dans la fiole jaugée. La dissolution se fait d'abord dans un bécher car elle peut être exothermique (la fiole jaugée, verrerie de précision, ne doit pas être chauffée).

Section 2 — Dilution d'une solution

Principe

Diluer une solution consiste à diminuer sa concentration en ajoutant du solvant, sans modifier la quantité de matière de soluté. On part d'une solution mère (concentration initiale $C_i$, volume prélevé $V_i$) pour obtenir une solution fille (concentration finale $C_f$, volume final $V_f$).

Relation de conservation

La quantité de matière de soluté étant conservée lors de la dilution :

$$n_i = n_f \quad \Leftrightarrow \quad C_i \times V_i = C_f \times V_f$$

Cette relation fondamentale permet de calculer n'importe quelle grandeur parmi les quatre ($C_i$, $V_i$, $C_f$, $V_f$) si les trois autres sont connues.

Facteur de dilution

Le facteur de dilution $F$ exprime combien de fois la solution a été diluée :

$$F = \frac{C_i}{C_f} = \frac{V_f}{V_i}$$

Un facteur de dilution de $10$ signifie que la concentration a été divisée par $10$ (et le volume multiplié par $10$).

Application numérique

Problème : On dispose d'une solution mère de permanganate de potassium ($KMnO_4$) à $C_i = 2{,}0 \times 10^{-2}$ mol/L. On souhaite préparer $100{,}0$ mL d'une solution fille à $C_f = 2{,}0 \times 10^{-3}$ mol/L. Quel volume de solution mère faut-il prélever ?

Calcul :

$$V_i = \frac{C_f \times V_f}{C_i} = \frac{2{,}0 \times 10^{-3} \times 100{,}0}{2{,}0 \times 10^{-2}} = 10{,}0 \text{ mL}$$

Facteur de dilution : $F = C_i/C_f = 2{,}0 \times 10^{-2} / 2{,}0 \times 10^{-3} = 10$

On prélève $10{,}0$ mL de solution mère et on complète à $100{,}0$ mL avec de l'eau distillée dans une fiole jaugée de $100{,}0$ mL.

Protocole de dilution

1. Calculer le volume $V_i$ à prélever
2. Prélever exactement $V_i$ de solution mère à l'aide d'une pipette jaugée (munie d'une propipette)
3. Verser le prélèvement dans une fiole jaugée de volume $V_f$
4. Compléter au trait de jauge avec de l'eau distillée
5. Boucher et homogénéiser en retournant la fiole

Section 3 — Verrerie et précision

Verrerie de précision

Verrerie	Usage	Précision
Fiole jaugée	Contenir un volume précis de solution	Élevée ($\pm 0{,}05$ mL pour 100 mL)
Pipette jaugée	Prélever un volume précis	Élevée ($\pm 0{,}02$ mL pour 10 mL)
Burette graduée	Verser un volume variable avec précision	Élevée

Verrerie courante

Verrerie	Usage	Précision
Bécher	Dissolution, mélange	Faible (indicatif)
Éprouvette graduée	Mesurer un volume approximatif	Moyenne
Erlenmeyer	Agitation, réaction	Faible

Lecture du ménisque

Pour une lecture correcte du volume dans une fiole ou une pipette, l'œil doit être au niveau du trait de jauge (horizontalement). On lit le volume au bas du ménisque (la surface concave du liquide). Cette précaution évite les erreurs de parallaxe.

Erreurs fréquentes à éviter

• Ne jamais ajuster le volume en retirant du solvant après dépassement du trait de jauge → recommencer la manipulation
• Ne jamais utiliser un bécher pour mesurer un volume précis
• Toujours rincer la pipette jaugée avec la solution à prélever avant le prélèvement (évite la dilution parasite)
• Ne jamais sécher l'intérieur d'une fiole jaugée — la rincer avec de l'eau distillée suffit

À retenir

• Dissolution : on calcule $m = C \times V \times M$, puis on dissout dans un bécher et on transfère dans une fiole jaugée.
• Dilution : la quantité de matière est conservée → $C_i \times V_i = C_f \times V_f$.
• Le facteur de dilution $F = C_i / C_f = V_f / V_i$ indique combien de fois la concentration diminue.
• La fiole jaugée contient un volume précis ; la pipette jaugée prélève un volume précis.
• Toujours lire au bas du ménisque, l'œil au niveau du trait de jauge.

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