CONSTITUTION ET TRANSFORMATION DE LA MATIERE
Ch1 LA MOLE
CALCUL DE QUANTITE DE MATIERE I La mole
Les chimistes « mesurent » la matière en « quantité de matière » n dont l’unité est la mole. Symbole mol.
Une mole d’entités correspond à un paquet de 6,02.1023 entités. Ce nombre est la constante d’Avogadro noté Na et son unité est mol-1.
Soit une quantité N d’entités (atome, ion, molécule), la quantité de matière n s’exprime avec la relation suivante :
n= N/Na
Cette quantité de matière n’est pas mesurable directement, il est donc nécessaire de passer par d’autres grandeurs observables et mesurables. Tout va dépendre de l’état physique du composé et des données dont on dispose.
II La masse molaire
La grandeur facilement mesurable au laboratoire est la masse m d’un composé. On va chercher un lien entre la masse et la mole.
La masse molaire atomique d’un atome est la masse d’une mole de cet atome. Elle est notée M et s’exprime en g.mol-1
La masse molaire moléculaire M d’une molécule est la masse d’une mole de cette molécule. Elle se détermine en effectuant la somme des masses molaires atomiques de tous les atomes qui composent la molécule.
Remarque : La valeur de la masse molaire atomique est indiquée dans le tableau périodique des éléments. Dans un exercice, elle sera toujours précisée.
Exemple :
M(C) =12,0 g.mol-1 M(O) =16,0 g.mol-1 M(CO2) = M(C) +2xM(O) =44,0 g.mol-1
III Mesurer des quantités de Matière 1) Cas des solides, liquides ou gaz :
A] Déterminer la quantité de matière n de :
a) 10g d’eau liquide H2O Meau = 2x1,00+16,0=18,0g.mol-1 n(mol)= m(g)/M(g.mol-1) = 10/18,0=0,56 mol =5,6.10-1 mol b) 69g de dioxygène gazeux M(O2) =32,0 g.mol-1
n=m/M =69/32,0 = 2,1 mol
Données MH= 1,0 g.mol-1, MO = 16,0 g.mol-1
B] Le chlorure de sodium anhydre NaCl(s) a une masse molaire de 58,5 g.mol-1. Quelle est la masse qu’il faut peser pour isoler n=0,214 mol ? Avec quoi mesurez-vous cette valeur ? Quelle doit être la précision de l’appareil ? m =nxM =0,214 x 58,5 =12,5g Je pèse avec une balance précise au 10eme de gramme
Compléter la première case du tableau de synthèse
2) Cas des liquides : la grandeur volume est souvent plus accessible que la masse.
A] a) L’éthanol a une masse volumique = 0.78 g.cm-3 et une masse molaire de 46 g.mol-1 Donner la définition de la masse volumique d’un corps avec les unités.
Masse d’un certain volume de liquide m(g)/ V(mL) m = V
Compléter la deuxième case du tableau de synthèse b) Donner une relation liant n, la quantité de matière, et la masse volumique .
n= m / M = V /M
Compléter la troisième case du tableau de synthèse
c) Calculer le volume à prélever pour isoler n=0,10 mol d’éthanol.
V =nxM/xmL
d) Quelle instrument de verrerie utilisez-vous ? Pipette graduée 10,0 mL
B] Lors de l’hydrodistillation d’une grande quantité de feuilles de menthe poivrée, on obtient V=2,0 mL d’huile essentielle supposée exclusivement composée de carvone. Quelle est la quantité de carvone extraite ?
Données M=150 g.mol-1 et= 0.92 g.cm-3
n =x V / M = 0.92x2,0/150=0,012 mol =1,2.10-2 mol
3 )Cas particulier des gaz (parfaits)
On connaît la température et la pression
A] a) Si on admet que le volume V de n moles de gaz est n fois le volume molaire, donnez la formule liant la quantité de matière d’un échantillon, n, V et Vm
n= V / Vm Vm volume molaire (volume d’une mole de gaz dans les conditions normales de température et de pression CNTP T=20°C et P =1013 hPa
Compléter la quatrième case du tableau de synthèse
b) Quelle est la quantité de matière d’hélium gazeux dans un ballon de baudruche sphérique de 30 cm de diamètre gonflé en prévision d’un lâché de ballon ? Vsphere =4/3R3
Données Vm = 24 L.mol-1.
Vsphere =4/3R3=4/3xx(1.5)3=14,1 dm3 =14.1 L n = V/Vm =14.1/24,0 =0.59 mol
c) Comment mesure-t-on le volume d’un gaz ? Par déplacement d’eau
B] a) A température et volume donnés, la quantité de matière d’un échantillon gazeux est proportionnelle à sa pression. Rappeler l’équation dite des gaz parfait (attention aux unités).
PxV = nxRxT
Compléter la cinquième case du tableau de synthèse
On mesure la pression P à l’orifice d’une bouteille de gaz de dioxygène de volume V=2,0L
On trouve P=4,5 bar. La température est θ = 20 °C. Quelle est la quantité de matière présente dans la bouteille ? n = P.V /R.T = 4,5x101325x2,0.10-3/8,314x(293)= 0.37 mol
Avec quoi mesure-t-on la pression ?
Un baromètre pour la pression atmosphérique, un pressiomètre en physique chimie, un manomètre en plongée sous-marine
4 )Cas d’une espèce chimique en solution
A] Une solution aqueuse est constituée majoritairement d’eau (solvant) dans laquelle sont dissoutes des espèces chimiques (les solutés). Pour accéder à la quantité de matière d’une espèce dissoute, on fait appel à des grandeurs spécifiques : la concentration molaire, et la concentration massique.
Donner la définition de la concentration molaire :
Concentration molaire : quantité de matière d’une espèce pour un volume de solution C (mol.L-1)= n (mol)/ Vsolution (L)
Compléter la sixième case du tableau de synthèse
Donner la définition de la concentration massique (ou titre massique) Masse de soluté par volume de solution
Cm = t (g.L-1)= m(g) / Vsolution (L) Cm = m/V = (nxM)/V = CxM
Quelle est la quantité de matière nI2 de diiode dans 200 mL d’une solution telle que [I2] = 0.50 mol.L-1 sachant que M = 254 g.mol-1. Donner le titre massique en diiode de cette solution.
n= CxV =[I2]xV =0.50x200.10-3= 0,1 mol Cm = CxM =0.50x254 = 127 g.L-1
