Exercices et corrigés

Etude de Chimie

Calcul de la concentration molaire d’une solution

Calcul de la Concentration Molaire d’une Solution en Chimie Médicinale

Calcul de la Concentration Molaire d'une Solution Médicamenteuse

Comprendre la Concentration Molaire en Chimie Médicinale

En chimie médicinale et en pharmacie, la préparation de solutions médicamenteuses avec des concentrations précises est essentielle pour garantir l'efficacité et la sécurité des traitements. La concentration molaire (ou molarité, \(C\)) est une mesure fondamentale qui exprime le nombre de moles de soluté (le principe actif du médicament) par litre de solution. Savoir calculer et préparer des solutions à une concentration molaire donnée est une compétence de base pour les pharmaciens, les chimistes et les techniciens de laboratoire. Cet exercice se concentre sur le calcul de la concentration molaire d'une solution de paracétamol.

Données de l'étude

On prépare une solution de paracétamol (formule brute \(\text{C}_8\text{H}_9\text{NO}_2\)) pour une administration orale.

Informations pour la préparation :

  • Masse de paracétamol pur dissoute (\(m_{\text{paracétamol}}\)) : \(500 \, \text{mg}\)
  • Volume final de la solution aqueuse préparée (\(V_{\text{solution}}\)) : \(100.0 \, \text{mL}\)
  • Masses molaires atomiques :
    • Carbone (C) : \(12.01 \, \text{g/mol}\)
    • Hydrogène (H) : \(1.008 \, \text{g/mol}\)
    • Azote (N) : \(14.01 \, \text{g/mol}\)
    • Oxygène (O) : \(16.00 \, \text{g/mol}\)
Schéma de la Préparation d'une Solution de Paracétamol
Solution de Paracétamol Vsol = 100 mL m(C₈H₉NO₂) = 500 mg

Préparation d'une solution aqueuse de paracétamol.

Questions à traiter

  1. Calculer la masse molaire du paracétamol (\(M_{\text{C}_8\text{H}_9\text{NO}_2}\)).
  2. Convertir la masse de paracétamol dissoute de milligrammes (mg) en grammes (g).
  3. Calculer la quantité de matière (nombre de moles, \(n_{\text{paracétamol}}\)) de paracétamol dissoute.
  4. Convertir le volume final de la solution de millilitres (mL) en litres (L).
  5. Calculer la concentration molaire (\(C\)) de la solution de paracétamol.

Correction : Calcul de la Concentration Molaire du Paracétamol

Question 1 : Calcul de la Masse Molaire du Paracétamol

Principe :

La masse molaire d'un composé est la somme des masses molaires atomiques de tous les atomes présents dans sa formule chimique.

Formule brute du paracétamol : \(\text{C}_8\text{H}_9\text{NO}_2\)

Formule(s) utilisée(s) :
\[M_{\text{C}_8\text{H}_9\text{NO}_2} = (8 \times M(\text{C})) + (9 \times M(\text{H})) + (1 \times M(\text{N})) + (2 \times M(\text{O}))\]
Données spécifiques :
  • \(M(\text{C}) = 12.01 \, \text{g/mol}\)
  • \(M(\text{H}) = 1.008 \, \text{g/mol}\)
  • \(M(\text{N}) = 14.01 \, \text{g/mol}\)
  • \(M(\text{O}) = 16.00 \, \text{g/mol}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} M_{\text{C}_8\text{H}_9\text{NO}_2} &= (8 \times 12.01) + (9 \times 1.008) + (1 \times 14.01) + (2 \times 16.00) \, \text{g/mol} \\ &= 96.08 + 9.072 + 14.01 + 32.00 \, \text{g/mol} \\ &= 151.162 \, \text{g/mol} \end{aligned} \]

Arrondi à deux décimales pour la suite : \(151.16 \, \text{g/mol}\).

Résultat Question 1 : La masse molaire du paracétamol est \(M_{\text{C}_8\text{H}_9\text{NO}_2} = 151.16 \, \text{g/mol}\).

Question 2 : Conversion de la Masse de Paracétamol en Grammes

Principe :

La masse est donnée en milligrammes (mg) et doit être convertie en grammes (g) pour le calcul du nombre de moles.

Relation :
\[1 \, \text{g} = 1000 \, \text{mg}\]
Données spécifiques :
  • Masse de paracétamol (\(m_{\text{paracétamol}}\)) : \(500 \, \text{mg}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} m_{\text{paracétamol}} &= 500 \, \text{mg} \times \frac{1 \, \text{g}}{1000 \, \text{mg}} \\ &= 0.500 \, \text{g} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : La masse de paracétamol est \(m_{\text{paracétamol}} = 0.500 \, \text{g}\).

Question 3 : Quantité de Matière de Paracétamol Dissoute

Principe :

Le nombre de moles (\(n\)) est calculé en divisant la masse (\(m\)) du soluté par sa masse molaire (\(M\)).

Formule(s) utilisée(s) :
\[n_{\text{paracétamol}} = \frac{m_{\text{paracétamol}}}{M_{\text{C}_8\text{H}_9\text{NO}_2}}\]
Données spécifiques et calculées :
  • Masse de paracétamol (\(m_{\text{paracétamol}}\)) : \(0.500 \, \text{g}\)
  • Masse molaire du paracétamol (\(M_{\text{C}_8\text{H}_9\text{NO}_2}\)) : \(151.16 \, \text{g/mol}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} n_{\text{paracétamol}} &= \frac{0.500 \, \text{g}}{151.16 \, \text{g/mol}} \\ &\approx 0.0033076... \, \text{mol} \\ &\approx 0.00331 \, \text{mol} \quad (\text{arrondi à 3 chiffres significatifs}) \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : La quantité de matière de paracétamol dissoute est \(n_{\text{paracétamol}} \approx 0.00331 \, \text{mol}\).

Quiz Intermédiaire 1 : Si vous avez 0.25 g d'un médicament de masse molaire 100 g/mol, combien de moles cela représente-t-il ?

Question 4 : Conversion du Volume de la Solution en Litres

Principe :

Le volume de la solution est donné en millilitres (mL) et doit être converti en litres (L) pour le calcul de la concentration molaire.

Relation :
\[1 \, \text{L} = 1000 \, \text{mL}\]
Données spécifiques :
  • Volume de la solution (\(V_{\text{solution}}\)) : \(100.0 \, \text{mL}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} V_{\text{solution}} &= 100.0 \, \text{mL} \times \frac{1 \, \text{L}}{1000 \, \text{mL}} \\ &= 0.1000 \, \text{L} \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : Le volume final de la solution est \(V_{\text{solution}} = 0.1000 \, \text{L}\).

Question 5 : Calcul de la Concentration Molaire (\(C\)) de la Solution

Principe :

La concentration molaire (\(C\)) est le nombre de moles de soluté (\(n\)) par litre de solution (\(V\)).

Formule(s) utilisée(s) :
\[C = \frac{n_{\text{paracétamol}}}{V_{\text{solution}}}\]
Données calculées :
  • \(n_{\text{paracétamol}} \approx 0.0033076 \, \text{mol}\) (utilisation de la valeur non arrondie pour précision)
  • \(V_{\text{solution}} = 0.1000 \, \text{L}\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} C &= \frac{0.0033076 \, \text{mol}}{0.1000 \, \text{L}} \\ &\approx 0.033076 \, \text{mol/L} \\ &\approx 0.0331 \, \text{mol/L} \quad (\text{ou M, arrondi à 3 chiffres significatifs}) \end{aligned} \]
Résultat Question 5 : La concentration molaire de la solution de paracétamol est \(C \approx 0.0331 \, \text{mol/L}\).

Quiz Intermédiaire 2 : Pour préparer 250 mL d'une solution 0.1 M d'un médicament, combien de moles du médicament sont nécessaires ?

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. La concentration molaire d'une solution dépend :

2. Si on dissout 1 mole d'un médicament dans 2 litres d'eau, la concentration molaire est :

3. L'unité "M" (Molaire) est équivalente à :

Glossaire

Soluté
Substance qui est dissoute dans un solvant pour former une solution. En chimie médicinale, c'est souvent le principe actif du médicament.
Solvant
Substance (généralement liquide) capable de dissoudre d'autres substances (les solutés) pour former une solution. L'eau est un solvant courant pour les solutions médicamenteuses.
Solution
Mélange homogène d'un ou plusieurs solutés dissous dans un solvant.
Masse Molaire (\(M\))
Masse d'une mole d'une substance, exprimée en grammes par mole (g/mol).
Mole (mol)
Unité de quantité de matière du Système International, correspondant à la quantité de substance contenant autant d'entités élémentaires (atomes, molécules, ions, etc.) qu'il y a d'atomes dans 12 grammes de carbone 12 (\(^{12}\text{C}\)).
Concentration Molaire (Molarité, \(C\))
Quantité de matière de soluté (en moles) par unité de volume de solution (en litres). Unité : mol/L ou M.
Paracétamol (\(\text{C}_8\text{H}_9\text{NO}_2\))
Médicament analgésique (antidouleur) et antipyrétique (contre la fièvre) couramment utilisé.
Calcul de Concentration Molaire - Exercice d'Application en Chimie Médicinale

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