Prise en main du simulateur

Vous disposez virtuellement d'un montage électrique capable de déterminer la conductance d'une portion de solution : fenêtre sur fond rose.

Pour choisir la valeur d'un paramètre, il faut d'abord taper la valeur désirée dans la fenêtre adéquate puis valider par une des deux méthodes suivantes :
	- taper la touche « Entrée » ou ¿
	- cliquer sur un point quelconque de l'écran.

Découverte du G.B.F. et du voltmètre

1. Repérer les différents appareils électriques. 
Quelle est la tension aux bornes du G.B.F. ?

0 V. Ce qui est logique puisque aucun signal ne sort du GBF.

2. Pour modifier cette tension, tourner le bouton de gauche. 
Quelle est la tension maximale que peut délivrer ce G.B.F. ?

1 V. La tension est limitée pour éviter des phénomènes parasites.

3. Arrêter l'alimentation du G.B.F. (tension de sortie 0 V). 
Mettre le voltmètre sur le calibre 200 mV en cliquant sur le bouton à gauche de l'indication « 200 mV ».
Augmenter progressivement la tension de sortie du G.B.F. en suivant l'évolution de l'affichage du voltmètre.
Pourquoi, lorsque l'on augmente la tension de sortie, l'affichage disparaît-il pour une certaine valeur ?

La disparition de l'affichage est due au fait que la tension imposée sort du domaine choisi pour le bon fonctionnement de l'appareil de mesure.

4. Tout en laissant le voltmètre sur le calibre 
200 mV, régler le G.B.F. de telle sorte que la tension de sortie affichée soit entre 140 et 170 mV.
Changer le voltmètre de calibre.
Pour quel calibre la valeur lue est-elle affichée avec le plus de chiffres ?

La meilleure précision est obtenue pour le calibre immédiatement supérieur à la valeur choisie, soit, ici, 200 mV.

Découverte des deux montages 

1. Pour étudier une solution particulière, par exemple de chlorure de potassium K+ + Cl-, cliquer une fois sur la flèche à droite de la fenêtre et chercher  l'indication K+ + Cl- (elles sont classées par ordre alphabétique du cation). 
Cliquer sur cette indication et constater que l'affichage de la fenêtre « ions en solution » a changé.

2. Pour préciser la concentration en soluté ajouté, cliquer dans la fenêtre à droite de « c1 = » et entrer une valeur,  par exemple 0,01.
À ce stade, le bécher en bas de l'écran est supposé contenir une solution de chlorure de potassium de concentration 0,01 mol.L-1.

3. Le calibre du voltmètre étant 200 mV et celui de l'ampèremètre étant 2 mA, lire la valeur de chaque grandeur affichée. 
En déduire quelle est la résistance de la portion de solution comprise entre les électrodes (on peut utiliser la calculette incorporée au simulateur).
Quelle est sa conductance ? 
Dans chaque cas, on précisera l'unité.

Tension et intensité dépendent des conditions imposées. 

	UAB	1
R = ¾¾	 et	 G = ¾
	I	R

La résistance R s'exprime en ohms(W), l'unité de la conductance est le siemens (S).

4. Cliquer sur le bouton « Montage avec un conductimètre » (deuxième ligne de la fenêtre supérieure droite). 
Le montage est plus simple et permet d'avoir directement la conductance. 
Le conductimètre affiche directement la conductance de la portion de solution comprise entre les électrodes si l'un des boutons S, mS ou mS est active. 
Il peut afficher la conductivité de la solution si l'un des boutons S · m-1, mS · m-1 ou mS · m-1 est activé. 
La valeur de la conductance est-elle celle trouvée à la question précédente ?

Oui, si le calibre du conductimètre est bien adapté.

5. Cliquer sur « Montage avec un G.B.F... » pour revenir au montage précédent. 
Modifier la valeur de la fréquence délivrée par le G.B.F. Est-ce une grandeur d'influence ?

On constate que la fréquence du signal n'est pas une grandeur d'influence de la conductance.

6. Tourner le bouton « Amplitude ». 
La valeur de la tension délivrée par le G.B.F. change.
Cette valeur est-elle une grandeur d'influence pour la conductance de la portion de solution comprise entre les électrodes ?
Vérifier votre réponse en regardant la valeur de la conductance donnée par le conductimètre. 

La tension aux bornes de la cellule n'est pas une grandeur d'influence de la conductance.

Découverte de la cellule

Deux paramètres de la cellule sont modifiables avec ce simulateur : 
- l'écartement entre les plaques noté L (actuellement 1 cm)
- l'aire S (actuellement 1,5 m²).
Pour modifier l'une de ces deux valeurs, cliquer dans l'une des fenêtres et entrer une nouvelle valeur. 

1. Montrer à l'aide du simulateur que L et S sont des grandeurs d'influence de la conductance.
Comment évolue la conductance quand L augmente? Quand S augmente ?

La conductance augmente lorsque l'aire S croît ou lorsque l'écartement L diminue. L et S sont des grandeurs d'influence de la conductance.

2. A l'aide du simulateur, déterminer si L et S sont des grandeurs d'influence de la conductivité.

L et S ne sont pas des grandeurs d'influence de la conductivité ; en effet, la conductivité d'une solution donnée ne dépend pas des valeurs de L ou de S que l'on peut afficher.

Possibilité de changer la solution
(Par commodité, on pourra travailler avec le conductimètre.)
Choisir L = 1,0 cm et S = 1,5 cm².

1. On a déjà vu comment changer la nature de la solution. On peut disposer de deux solutions. 
Pour simuler un changement de solution, cliquer dans l'onglet « Solution 2 ». Choisir l'acide chlorhy-
drique H+ + Cl- de concentration 0,01 mol · L-1.
Comparer les conductances de portions de solution de chlorure de potassium et d'acide chlorhydrique de même concentration.

Pour une même portion de solution et une même concentration, on observe une conductance plus élevée pour l'acide chlorhydrique que pour la solution de chlorure de potassium.

2. Déterminer par approche successive la concentration d'une solution de chlorure de potassium conduisant autant l'électricité que l'acide chlorhydrique de concentration 0,01 mol · L-1 ?

c = 0,0302 mol.L-1

3. L'onglet « Mélange » simule le mélange des solutions 1 et 2. 
Faire en sorte que la solution 1 soit une solution de nitrate de sodium de concentration 0,00050 mol · L-1 et que la solution 2 soit une solution d'hydroxyde de sodium de concentration 0,00100 mol · L-1. Noter les conductances en µS.

On note G1 et G2 les conductances respectives des portions des solutions 1 et 2.
G1 = 89,2 µS ; G2 = 366 µS

4. Activer l'onglet « Mélange ».
Indiquer, si nécessaire, les valeurs 50 mL pour les volumes V1 et V2. 
Quelle est la conductance de la portion de mélange comprise entre les électrodes ?

On  note GM la conductance de la portion de mélange comprise entre les électrodes
GM = 228 µS.

5. Quelle est la relation (simple) entre les conductances trouvées pour chaque solution et celle pour le mélange ?
Vérifier cette relation pour un mélange de volumes identiques de solution 1 de chlorure d'aluminium et de solution 2 d'acide nitrique de même concentration c = 0,00050 mol · L-1.

Pour des mêmes volumes mélangés on a :
	G1 + G2
	GM = ¾¾¾¾ 
	2
On peut vérifier cette relation dans l'exemple précédent.
Avec le mélange des solutions de chlorure d'aluminium et d'acide nitrique, on a :
G1 = 286 µS ; G2 = 312 µS, GM = 303 µS alors que la relation précédente prévoit une conductance de 299 µS, l'accord est bon (écart relatif voisin de 1%).

6. Faire en sorte que la solution 1 soit de l'acide chlorhydrique de concentration 0,001 mol · L-1 et que la solution 2 soit une solution d'hydroxyde de sodium de même concentration. 
Le volume de chacune des solutions mélangées reste égal à 50 mL. 
La relation obtenue à la question précédente est-elle encore valable ? 
Montrer que la nouvelle conductance est la même que celle qui aurait été obtenue avec une solution de chlorure de sodium de concentration 0,0005 mol · L-1.

G1 = 631 µS ; G2 = 366 µS ; GM = 93 µS.
On constate que la relation précédente n'est pas vérifiée. En revanche, la conductance d'une portion de solution de chlorure de sodium de concentration 0,0005 mol · L-1 vaut bien 93 µS. On peut en conclure que l'acide chlorhydrique et la solution d'hydroxyde de sodium réagissent pour conduire à une solution de chlorure de sodium.