Cohésion et solubilité d'espèces chimiques

Pour chacune des situations, préciser le type d'interaction principale :

1. Cohésion d'un cristal de chlorure de potassium $\text{KCl}_{(s)}$.
2. Attraction entre deux molécules de diiode $\text{I}_2$.
3. Cohésion de la glace $\text{H}_2\text{O}_{(s)}$.
4. Attraction entre une molécule d'eau et un ion sodium $\text{Na}^{+}$ en solution.
5. Cohésion d'un cristal de paraffine (longues chaînes carbonées).

Préciser si chaque solide est ionique ou moléculaire :

1. Chlorure de sodium $\text{NaCl}_{(s)}$
2. Diiode $\text{I}_2{}_{(s)}$
3. Saccharose $\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}{}_{(s)}$
4. Glace $\text{H}_2\text{O}_{(s)}$
5. Chlorure de lithium $\text{LiCl}_{(s)}$
6. Fluorure de sodium $\text{NaF}_{(s)}$

On compare les températures d'ébullition de quatre composés moléculaires de masses molaires voisines :

1. Identifier le composé dont T_éb est anormalement élevée par rapport à sa masse molaire.
2. Justifier ce comportement à l'aide des interactions intermoléculaires vues en cours.
3. Pourquoi H₂S, plus lourd, a-t-il pourtant une T_éb beaucoup plus basse que H₂O ?

On prépare une solution S₁ en dissolvant $m = 5{,}55\ \text{g}$ de chlorure de calcium $\text{CaCl}_2{}_{(s)}$ dans une fiole jaugée de volume $V_1 = 250\ \text{mL}$.

1. Justifier la charge de chacun des ions formés.
2. Préciser l'interaction responsable de la cohésion du solide.
3. Écrire l'équation de la dissolution dans l'eau.
4. Calculer la concentration molaire $c_1$ en soluté apporté.
5. En déduire $[\text{Ca}^{2+}]$ et $[\text{Cl}^{-}]$ dans S₁.
6. On prélève 10,0 mL de S₁ qu'on dilue dans une fiole jaugée de 100 mL. Calculer $[\text{Ca}^{2+}]$ dans la solution finale S₂.

Données : $M_\text{Ca} = 40{,}1$, $M_\text{Cl} = 35{,}5\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$.

Le diiode $\text{I}_2$ est très peu soluble dans l'eau mais se dissout très bien dans le cyclohexane. On donne sa solubilité s à 25 °C dans trois solvants :

1. Justifier la très faible solubilité du diiode dans l'eau.
2. L'éthanol est polaire mais le diiode y est très soluble. Proposer une explication (penser à la chaîne carbonée de l'éthanol).
3. On secoue 10 mL d'une solution aqueuse de diiode avec 10 mL de cyclohexane dans une ampoule à décanter. Décrire ce que l'on observe et nommer cette technique.

On souhaite extraire l'acide chrysophanique (acide C, jaune) dissous dans une solution aqueuse de jus de racine de rhubarbe.

1. Quelles sont les deux conditions qu'un solvant extracteur doit vérifier ?
2. Parmi les solvants proposés, lequel est le meilleur choix ? Justifier.
3. Sachant que le benzène est très toxique (cancérigène), commenter la pertinence pratique de ce choix et proposer une alternative.

Une eau dite « dure » contient une quantité notable d'ions calcium $\text{Ca}^{2+}$ et magnésium $\text{Mg}^{2+}$. Quand on y verse du savon (stéarate de sodium $\text{C}_{17}\text{H}_{35}-\text{COO}^{-},\,\text{Na}^{+}$), il se forme un précipité blanc, la « pierre à savon » qui dépose sur la baignoire.

1. Réaliser un schéma annoté d'un ion stéarate, en repérant la tête hydrophile et la queue hydrophobe.
2. Réaliser un schéma annoté d'une micelle de savon dans l'eau. Indiquer où se piège une goutte de matière grasse.
3. Écrire l'équation de la réaction de précipitation entre les ions stéarates et les ions Ca²⁺. La pierre à savon a pour formule $(\text{C}_{17}\text{H}_{35}-\text{COO})_2\text{Ca}_{(s)}$.
4. Pourquoi le pouvoir lavant est-il diminué dans une eau dure ? Proposer une solution pratique.

On réalise au laboratoire la saponification de l'huile d'olive, principalement constituée de trioléine, par une solution concentrée de soude $(\text{Na}^{+} + \text{HO}^{-})$. La réaction conduit à la formation d'un savon (oléate de sodium $\text{C}_{17}\text{H}_{33}-\text{COO}^{-},\,\text{Na}^{+}$) et de glycérol :

1. Préciser le rôle de l'éthanol ajouté au milieu réactionnel lors de la chauffe à reflux.
2. À la fin de la réaction, on verse le mélange dans une solution saturée en NaCl : c'est le « relargage ». Expliquer pourquoi le savon précipite alors que le glycérol reste en solution.
3. On utilise $m_0 = 25{,}0\ \text{g}$ d'huile $(M_\text{huile} = 884\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1})$ et on récupère après filtration et séchage $m = 22{,}3\ \text{g}$ de savon $(M_\text{savon} = 304\ \text{g}\cdot\text{mol}^{-1})$. Calculer le rendement $\eta$ de la synthèse.
4. Citer deux raisons possibles pour lesquelles le rendement n'est pas de 100 %.