Chimie · Sujet officiel n°7 · Session 2027

Solubilité

Partie 1 : Terminale spéPartie 2 : PCSI/PCPremiumMise à jour 2026-07-28

Prérequis : soluté, solvant, solution, conservation de la masse lors d'une dissolution (cycle 4) ; concentration en masse et en quantité de matière, dissolution d'un solide ionique (Seconde, Première spé) ; quotient de réaction \(Q_r\), constante d'équilibre \(K\), critère d'évolution (Terminale spé) ; équilibre chimique, activité, constante thermodynamique \(K^\circ\), conductivité d'une solution ionique et conductivités molaires ioniques limites \(\lambda_i^\circ\), constantes de formation de complexes (PCSI/PC). Matériel : tubes à essais, thermomètre (ou sonde de température), balance au centigramme, bain-marie ou chauffe-tube, éprouvette graduée, nitrate de potassium \(\ce{KNO3}\) et chlorure de sodium \(\ce{NaCl}\), agitateur ; pour les Parties II et III : conductimètre à cellule étalonnée avec compensation en température, sulfate de calcium (gypse) en excès, dispositif de filtration, burette classe A, solutions étalonnées de nitrate d'argent \(\ce{AgNO3}\), de chlorure de sodium \(\ce{NaCl}\) et de chromate de potassium \(\ce{K2CrO4}\), ammoniaque concentrée, acide nitrique, électrode d'argent + électrode de référence à double jonction, acquisition informatisée (Python ou Regressi).

Plan de leçon

  • Introduction : pourquoi le sucre « disparaît » et le sable non ; pourquoi il existe une limite ; l'enjeu quotidien (tartre, dessalement, biodisponibilité d'un médicament) et les deux niveaux de réponse.
  • I. La solubilité : une limite mesurable (Terminale spé) : définition et unités, solution saturée, influence de la température, progression pédagogique cycle 4 → Terminale ; manip 1 (courbe de solubilité du nitrate de potassium par température d'apparition des cristaux, et recristallisation).
  • II. Modéliser la saturation : le produit de solubilité \(K_s\) (PCSI) : équilibre hétérogène, définition de \(K_s\), relations \(s \leftrightarrow K_s\) selon la stœchiométrie, critère \(Q_r \lessgtr K_s\) et domaine d'existence ; manip 2 (conductimétrie d'une solution saturée de sulfate de calcium, exploitation informatisée).
  • III. Déplacer un équilibre de solubilité (PCSI/PC) : effet d'ion commun, influence du pH, complexation ; manip 3 (chaîne argentimétrique : titrage de \(\ce{Cl^-}\) par \(\ce{Ag+}\), puis précipitation par ion commun, redissolution par \(\ce{NH3}\), reprécipitation en milieu acide).
  • Conclusion et ouverture : limites du modèle idéal-dilué, solubilité des gaz, ponts vers les sujets connexes et vers la pratique de classe.

Introduction

Un morceau de sucre plongé dans un thé « disparaît ». Une pincée de sable, non. Un élève de cycle 4 en conclut volontiers que le sucre a été détruit — et qu'avec assez de patience et d'agitation, on pourrait en dissoudre autant qu'on veut. Les deux idées sont fausses, et ce sont précisément les deux verrous que cette leçon fait sauter : la matière dissoute est conservée, et la dissolution s'arrête à une limite, propre au couple soluté-solvant et à la température. Cette limite, c'est la solubilité.

L'enjeu n'est pas anecdotique. Le tartre qui obstrue une canalisation est du carbonate de calcium qui a cessé d'être soluble ; la prévention de la carie par les fluorures consiste à substituer partiellement, dans l'émail dentaire, des ions fluorure aux ions hydroxyde de l'hydroxyapatite, pour former une fluorapatite moins soluble en milieu acide ; l'efficacité d'un principe actif administré par voie orale est plafonnée par sa solubilité dans les fluides digestifs ; le dessalement, la métallurgie extractive et le traitement des effluents métalliques ne font que jouer, dans un sens ou dans l'autre, sur cette même grandeur.

La leçon traite la question « combien peut-on en dissoudre, et qu'est-ce qui fixe cette limite ? » à deux niveaux. Au lycée, la solubilité est une grandeur mesurée : on la détermine, on trace sa variation avec la température, on l'exploite pour purifier un solide. En CPGE, elle devient la conséquence d'un équilibre gouverné par une constante, le produit de solubilité \(K_s\), qui permet de prédire une précipitation et de déplacer volontairement la limite. Chaque partie s'appuie sur une expérience réellement exploitée.

I. La solubilité : une limite mesurable Terminale spé

Le point de départ est purement expérimental et accessible dès le collège : on ajoute du soluté à un volume de solvant donné, on agite, et à partir d'une certaine quantité, le solide cesse de disparaître. Le dépôt qui subsiste au fond du récipient n'est pas un défaut d'agitation : c'est le signe que la solution a atteint son état de saturation.

Solubilité et solution saturée. La solubilité \(s\) d'une espèce dans un solvant, à une température donnée, est la quantité maximale de cette espèce que l'on peut dissoudre par unité de volume (ou par unité de masse) de solvant. Une solution qui a atteint cette limite, en présence du soluté non dissous, est dite saturée. On l'exprime indifféremment en \(\text{g}\cdot\text{L}^{-1}\) (solubilité massique), en \(\text{mol}\cdot\text{L}^{-1}\) (solubilité molaire), ou, dans les tables de référence, en grammes de soluté pour 100 g d'eau.

Trois précisions décident de la suite. D'abord, la solubilité est une grandeur physique, avec une valeur numérique et une unité : elle se mesure. Ensuite, elle dépend fortement de la température, ce qui est le levier expérimental de la partie I. Enfin, elle dépend du milieu : l'eau pure et une eau déjà chargée en ions ne dissolvent pas la même quantité du même solide, résultat contre-intuitif que la partie III quantifiera.

La suite de cette leçon est réservée à l'accès complet

Développement complet des deux parties, illustrations expérimentales détaillées, questions d'entretien avec éléments de réponse, biblio commentée. L'accès ouvre les55 leçons et tous les corrigés d'annales jusqu'au 31/08/2027, à 99 € au lieu de 149 € jusqu'au 31 octobre 2026.

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