La mole d’atomes
Le but de ce TP est de comprendre la nécessité d’introduire une nouvelle grandeur qui est utilisée en chimie.
Cette grandeur s’appelle la mole.
Afin de comprendre à quoi correspond une mole d’atomes, nous allons travailler sur des objets qui sont visibles à l’œil nu. Chaque objet représentera un type d’atomes donnés.
I. La mole de lentilles, de bille de plomb ou de grenaille de zinc.
Vous avez à votre disposition des lentilles, des billes de plomb et de la grenaille de zinc. Dans ce qui suit, on notera X une lentille, Y une bille de plomb et par Z une grenaille de zinc. On supposera que tous les objets X d’un paquet de lentilles ont même masse et qu’il en est de même pour Y et Z.
1) Compter 20 objets X. Placer ce paquet dans un bécher.
2) Peser la masse de ce paquet.
3) Réaliser le même travail pour 20 objets Y et 20 objets Z.
4) Des trois objet X, Y et Z, quel est le plus lourd ? Pourquoi ?
L’unité de masse est le gramme ou le kilogramme. On utilise dans les formules la lettre « m » pour désigner cette masse.
5) Quelle est la masse d’un objet X, Y et Z. Donner vos résultats sous la forme mx=… ; my=… puis mz=…
6) Calculer la masse de 30 objets X, Y et Z. Vérifier vos calculs par une pesée. Interpréter les écarts observés.
On définit la mole comme étant un paquet de X, de Y ou de Z constitués de
=20 objets. L’unité de cette nouvelle grandeur est « mol » et on notera « n » la lettre de cette grandeur dans les formules.7) Quelle est la masse d’une mole de X, d’une mole de Y puis d’une mole de Z ? 8) On souhaite prélever n=0,1 mol de Z. Que fait-on ?
9) On désire maintenant avoir n=1,5 mol de Y. Que fait-on ? Même question avec n=10 mol de X.
10) Conclusion : pour des petits objets (de faible masse), quel est le plus pratique pour prélever un nombre de mol ?
La masse molaire d’un objet est la masse d’une mole de cet objet. Son unité est le gramme par mole (g/mol).
Dans les formules on utilise la lettre M pour désigner la masse molaire. Par exemple la masse molaire de l’objet X est noté M(X)
11) Donner la masse molaire de X, de Y et de Z ?
12) On veut faire cuire nx=25 mol de X. Calculer la masse mX à peser.
13) En déduire à partir du raisonnement précédent la formule qui permet de calculer la masse m en fonction de n et M.
14) Calculer le nombre de mol de X qu’il y a dans un paquet d’un kilogramme de lentille.
15) En déduire le nombre de lentilles dans un paquet d’un kilogramme.
II. La mole d’atomes
Le chimiste a souvent besoin de connaître le nombre d’atomes qu’il y a dans une masse d’un échantillon qu’il a prélevé. Pour l’aider, il existe dans la classification la masse molaire de tous les atomes.
1) Rechercher la masse molaire du carbone C, du cuivre Cu et du chlore Cl.
Le nombre d’atomes qu’il y a dans une mole n’est pas aussi petit que celui qui a été choisi au I., ce nombre est gigantesque, il se note
et s’appelle le nombre d’Avogadro :=6,02.10
23.
2) Combien a-t-on d’atome dans une mole de carbone, de cuivre et de chlore.
3) Quelle est la masse d’une mole de carbone, de cuivre et de chlore ?
4) On place dans une coupelle 3 g de cuivre, 3g de fer puis 3g de zinc. Ces 3 échantillons contiennent-ils tous le mêmes nombres d’atomes ? Pourquoi ?
5) Calculer le nombre de mol de cuivre nCu, de fer nFe et de zinc Zn que contient chacune des 3 coupelles.
