1G5 – DS de physique chimie n°1 – 23/09/2019
1. Donner le nom et le nombre des particules élémentaires que l’on trouve dans un atome de carbone-12 de représentation symbolique 12
6 C .
Faire un dessin avec des gros points noirs, des gros points blancs et des petits points noirs bien placés et en nombre convenable et légender.
Il y a 6 protons, 6 neutrons dans le noyau (nucléons) et 6 électrons dans le nuage électronique (neutre).
A = 12 = nombre de nucléons (nombre de masse A)
Z = 6 = nombre de protons et d’électrons (numéro atomique Z) N = 12 - 6 = nombre de neutrons (N = A – Z)
2. Calculer la masse d’un atome de carbone-12 en prenant comme masse moyenne de nucléon mnucléon ≈ 1,674·10-27 kg en négligeant la masse des électrons ainsi que la « perte de masse » (due au fait que la masse d’un noyau est toujours légèrement inférieure à la somme de celle de ses nucléons) devant la masse du noyau.
matome ≈ A·mnucléon ≈ 12·1,674·10-27 kg ≈ 2,0088·10-26 kg
3. Calculer le nombre d’atomes de carbone-12 qu’il y a dans 12 grammes de carbone-12.
Dire à quelle constante correspond ce nombre d’atomes (en acceptant une certaine marge erreur due au fait qu’on ne tient pas compte de la « perte de masse »).
Dire à quoi correspond la quantité d’atomes correspondante.
Natomes=masse del ' échantillon
masse de l ' atome ≃ 12⋅10−3kg
2,0088⋅10−27kg/atome≃5 ,97⋅1023atomes≃6,02⋅1023atomes Le nombre d’atomes que l’on trouve dans 12 grammes de carbone-12 est égal à une
constante appelée constante d’Avogadro, notée Na.
Cela correspond exactement à une mole de matière qui contient toujours un nombre constant d’objets (égal à la constante d’Avogadro).
4. Donner la différence entre un atome et un ion.
Donner la représentation symbolique de l’ion chlorure-35 (atome de chlore-35 ayant gagné un électron avec Z = 17 et A = 35).
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Donner sa composition (nombre de chacune des particules élémentaires qui le constituent).
Donner sa structure électronique (K)?(L)?(M)?.
Préciser si l’ion chlorure est stable ou instable et pourquoi.
Un ion est un atome (neutre) ayant perdu ou gagné un ou plusieurs électrons.
L’ion chlorure contient :
◦ 17 protons (car Z = 17)
◦ 18 neutrons (car N = A – Z = 35 – 17 = 18)
◦ 18 électrons (car l’atome de chlore contient 17 électrons et l’ion chlorure en gagne 1 donc il en a 18, soit un électron de plus que les protons d’où sa charge négative en exposant, en haut, à droite). L’ion chlorure est un anion (ion négatif).
Sa structure électronique est (K)2(L)8(M)8.
Il possède 8 électrons sur sa couche externe (encore appelée couche de valence).
Sa couche externe est saturée.
L’ion chlorure vérifie la règle de l’octet.
Par conséquent, il est stable.
5. Donner la définition de la masse molaire atomique avec son unité et le symbole de l’unité.
Par exemple, donner M(Cu), la masse molaire atomique du cuivre. Dire comment on peut la trouver. Dire si c’est un nombre entier ou pas et expliquer pourquoi.
La masse molaire atomique est la masse d’une mole d’atomes. Son unité est le gramme par mole (g·mol-1).
M(Cu) = 63,5 g·mol-1
Il suffit de regarder dans le tableau périodique des éléments (table de Mendéléiev).
Ce n’est pas un nombre entier à cause de tous les isotopes du cuivre qui sont dans la même case de numéro atomique Z=29 avec 29 protons dans le noyau (cuivre-63, cuivre-64…).
6. Donner la définition de la masse molaire moléculaire avec son unité et le symbole de l’unité.
Par exemple, donner M(CH4), la masse molaire moléculaire du méthane ou gaz de ville.
Expliquer comment on peut la déterminer et l’écrire convenablement.
La masse molaire moléculaire est la somme des masses molaires atomiques de tous les atomes présents dans la molécule. Son unité est le gramme par mole (g·mol-1).
M(CH4) = M(C) + 4·M(H) = 12 + 4·1 = 16 g·mol-1
7. Donner la définition du volume molaire Vm avec son unité et le symbole de l’unité.
Le volume molaire est le volume occupé par une mole. Son unité est le mètre cube par mole ou litre par mole (L.mol-1).
8. Donner la particularité du volume molaire Vm d’un gaz.
Donner le nom de la loi correspondante. Expliquer pourquoi les liquides et les solides ne la vérifient pas.
Donner le volume molaire d’un gaz à pression atmosphérique et à température ambiante.
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Le volume molaire d’un gaz est indépendant de la nature du gaz. Il ne dépend que de la température et de la pression.
Cette loi est appelée « loi d’Avogadro-Ampère ».
Les liquides et les solides ne la vérifient pas car, contrairement aux gaz où les molécules sont séparées par beaucoup de vide, dans les liquides et les solides, ils sont à « touche- touche » et plus les molécules sont grosses, plus le volume molaire est grand
(puisqu’une mole contient toujours le même nombre de molécules).
9. Dire combien il y a de litres (L) dans un mètre cube (1 m3).
Dire combien il y a de centimètres cubes (cm³) dans un litre (1 L).
Dire combien il y a de millilitres (mL) dans un litre (1 L).
Dire à combien de centimètres cubes (cm³) est égal un millilitre (1 mL).
Compléter la relation suivante (remplacer les points d’interrogation par des valeurs) : 1 kg.L-1 = ???? kg.m-3 = ???? g.cm-3 = ???? g.mL-1
Donner la définition et l’unité internationale de la masse volumique ainsi que la formule reliant la masse volumique de la matière : ρ(matière) à la masse de l’échantillon de matière : m(échantillon matière) et à son volume : V(échantillon de matière).
1 m³ = 1000 L 1 L = 1000 cm³ 1 L = 1000 mL 1 mL = 1 cm³
1 kg.L-1 = 1000 kg.m-3 = 1 g.cm-3 = 1 g.mL-1
La masse volumique est la masse d’une certaine unité de volume de matière. Son unité internationale est le kilogramme par mètre cube (kg.m-3). Dans l’unité internationale, c’est donc la masse en kilogrammes d’un mètre cube de matière.
ρ =m(échantillon de matière) V(échantillon de matière)
10. Calculer la masse volumique de l’air à pression atmosphérique et à température ambiante.
Calculer la masse volumique du méthane à pression atmosphérique et température ambiante.
Calculer la densité du méthane à pression atmosphérique et à température ambiante, c’est à dire la masse volumique du méthane divisée par la masse volumique de l’air à pression atmosphérique et température ambiante. Répondre à la question suivante : « Lorsqu’il y a une fuite de gaz, le gaz de ville monte-t’il vers le plafond ou descend-il vers le plancher ? ».
En conséquence, que faut-il faire et ne pas faire ? ρ (air)=m(air)
V(air)=M(air)
Vm =0 ,2⋅M(O2)+0 ,8⋅M(N2)
Vm =0,2⋅2⋅16+0,8⋅2⋅14
24 =28 ,8
24 =1,2g⋅mol−1 ρ (CH4)=m(CH4)
V(CH4)=M(CH4)
Vm =M(C)+4⋅M(H)
Vm =12+4⋅1 24 =16
24=0,667g⋅mol−1 d(CH4)=ρ (CH4)
ρ (air) =0 ,667
1,2 =0,55
Lorsqu’il y a une fuite de gaz, le gaz de ville monte vers le plafond car il est « plus léger » que l’air. En conséquence, il ne faut pas allumer la lumière à cause des étincelles possibles au niveau des ampoules, d’où un risque d’explosion. Il faut fermer l’entrée de gaz avant d’intervenir dans la pièce puis bien ventiler en ouvrant les fenêtres et en faisant des courants d’air pour que le gaz sorte dehors.
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