Chapitre CI

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Chapitre CI
DETERMINATION DE QUANTITES DE MATIERE
TP :
Cours, activités, exercices :
1 x 1,5h : TP C1
2h
Volume molaire
EXERCICES N°15 18 19 P 21 à 22
Pour DS :
I) QUANTITES DE MATIERE
1) Unité de quantité de matière
Une mole d’atomes, de molécules ou d’ions (espèce chimique appelée A pour la
suite) est la quantité de matière d’un système contenant 6,02.10 23 atomes,
molécules ou ions.
Symbole : mol (aussi mmol : 1 mmol = 10-3 mol)
Exemple :
un système pour lequel la quantité de matière d’eau est égale à 1,5 mol, contient
un nombre N de molécules d’eau tel que :
N= 1,5 x 6,02.1023 = 9,03.1023
2) Constante d’ Avogadro NA
Le nombre N d’atomes, de molécules ou d’ions contenus dans un système est
proportionnel à la quantité de matière n correspondante :
N = NAv. n(A)
N:
pas d’unité
N(A) : en mol
NAv : en mol-1
La constante NAv , appelée constante d’Avogadro, vaut :
NAv = 6,02.1023 mol-1
(sera donnée)
II)
DEFINIR ET CALCULER UNE MASSE ET UN VOLUME MOLAIRES
1) Masse molaire atomique
La Masse molaire atomique M(A) d’un élément A est la masse d’une mole d’atomes
de cet élément, les proportions des différents isotopes étant celle que l’on
rencontre dans la nature.
Elle s’exprime en g.mol-1.
Exemple
le chlore : 78,5% de chlore 35 et le reste de chlore 37 d’où 35,5 g.mol-1
2) Masse molaire moléculaire
La masse molaire moléculaire d’une espèce chimique A représente la masse d’une
mole de ses molécules.
Elle s’exprime en g.mol-1.
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Exemple :
acétone
modèle moléculaire à prévoir
M(C3H6O) = 3M(C) +6M(H) +M(O) = 3x12,0 +6x1,0 +1x16,0 = 58,0 gmol-1
3) Masse molaire ionique
La masse molaire ionique est la masse d’une mole d’ions.
Elle s’exprime en g.mol-1.
La masse molaire des électrons est négligeable devant celle des atomes donc la
masse molaire d’un ion monoatomique est considérée comme égale à celle de
l’atome correspondant.
Exemple :
M(Na+) = M(Na) = 23 g.mol-1
De même pour un ion polyatomique, on prend la somme des masses molaires des
atomes présents dans l’ion. (calcul comme pour une molécule)
Applications
Données : masses molaires atomiques en g.mol-1 : H (1,0) ; O (16,0) ; S (32,0) ; Cu (63,5)
a) Calculer de la masse molaire de l’ion sulfate SO42M(SO42-)= M(S) +4M(O) = 96 g/mol
b) Calculer de la masse molaire du sulfate de cuivre pentahydraté
M(CuSO4, 5(H2O))= 249,5 g/mol
c) Un verre d’eau contient 3,34.1024 molécules d’eau. Déterminer la quantité de matière
correspondante.
n(H2O)= N/NA avec N = 3,34.1024 molécules
n(H2O)=3,34.1024/6,02.1023 =5,5,mol
4) Volume molaire d’un gaz
VOIR TP C1
Le volume molaire , noté Vm(g), d’une espèce chimique à l’état de gaz est le
volume occupé par une mole de cette espèce.
Il s’exprime en L.mol-1.
Vm pour un gaz est indépendant de sa nature, il ne dépend que de la T et de la P.
III) DETERMINER UNE QUANTITE DE MATIERE
1) Masse et quantité de matière(GAZ, LIQUIDE ou SOLIDE)
m(A) = n(A) . M(A)
ou n(A) = m(A)/M(A)
m(A) : en g
n(A) : en mol
M(A): en g.mol-1
D’où Utilisation de pesées pour les liquides et solides en TP.
Or, pour un liquide on dispose aussi de sa masse volumique ρ(Al) = m(Al)/V(Al).
on peut donc mesurer le volume de liquide en TP : V(Al) = m(Al)/ ρ(Al).
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Applications
Données : (H2O) = 1,0 kg.L-1
d) Déterminer la masse d’eau contenue dans le verre
M(H2O)=2M(H) + M(O) = 18,0g
m(H2O)= n M = 5,5 x 18 = 99g
e) Déterminer le volume d’eau contenu dans le verre d’eau
V=m/ = 99/1,0.103= 9,9.10-2 L ou 99 mL
f) La masse volumique de l’éthanol est de 790 g.L-1. Déterminer la masse de 250 mL
d’éthanol.
m = V avec V = 0,25L
m=790 x 0,25 = 197,5 g
g) Déterminer la quantité de matière contenue dans une masse m = 10 g de sulfate de
cuivre pentahydraté.
n(CuSO4, 5(H2O))=m(CuSO4, 5(H2O)) / M(CuSO4, 5(H2O)) = 10/249,5= 4.10-2 mol =
40 mmol
h) L’hexane C6H14 est un solvant liquide de masse volumique  = 660 g.L-1. Déterminer le
volume d’hexane à prélever pour obtenir 0,10 mol de ce produit.
M(C6H14) = 6*12+14*1 = 86,0 g/mol
V=m/ or m=nM donc V = (nM)/ =(0.1*86)/660 = 1,3.10-2 L ou 13 mL
2) Volume et quantité de matière POUR UN GAZ SEULEMENT
V(Ag) = n(Ag). Vmg
ou n (Ag) = V(Ag)/Vmg
V(Ag) : en L
n(A) : en mol
Vmg: en L.mol-1
Applications :
i) Les conditions de température et de pression sont telles que Vm = 24 L.mol-1.
Déterminer la quantité de matière contenue dans 1 L de dichlore.
n = V/Vm = 1/24  4,17.10-2 mol ou 41,7 mmol
j) A température plus élevée la même quantité de dichlore occupe un volume de 1,2L.
Déterminer dans ces conditions la valeur du volume molaire.
Vm=V/n = 1,2/41,7.10-3 = 28,8L
IV)
SOLUTIONS ET CONCENTRATION
1) Solution aqueuse
Une solution est obtenue par dissolution de solutés dans un solvant.
Quand le soluté introduit n’est pas totalement dissout, la solution est saturée en ce
soluté.
2) Concentration molaire
La concentration d’une espèce moléculaire A dissoute dans une solution est égale
au quotient de la quantité de matière n(A) de A dissoute par le volume V solution de
la solution obtenue.
Souvent appelée concentration de A, elle se note C(A) et s’exprime en mol.L-1.
C(A) = n(A)/Vsolution avec
n(A) en mol
et
Vsolution en L
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3) Concentration massique
Aussi appelé « titre »
m(A)
n(A).M(A)
t(A) =

C(A).M(A)
Vsolution Vsolution
Densité , d :
d(A)= ρ(A)/ ρ(ref)
Rapport entre ρ(A) du corps considéré et ρ(ref) d’un corps de référence.(eau pour
liq et solides, air pour gaz), sans unité.
Application
k )Donnée : Masse molaire de la vitamine C : M( C6H12O6) = 180 g.mol-1
Un adolescent doit absorber 75 mg de vitamine C par jour. Quelle est la quantité de
matière de vitamine C correspondante ?
n (C6H12O6) = m/M = 75.10-3 / 180 = 4,17.10-3 mol
Un jus de fruit contient de la vitamine C à la concentration molaire C = 2,3 mmol.L-1.
Déterminer le volume de jus de fruit qu’un adolescent doit boire pour absorber sa
quantité quotidienne de vitamine C ?
C = n/V donc V = n/C = 4,17.10-3 / 2,3.10-3  0,181 L soit 181 mL
V) EQUATION D’ETAT DES GAZ PARFAITS
GP = un modèle
Les quatre paramètres, P(Ag), T(Ag), V(Ag) et n(Ag) d’un gaz parfaits sont liés par
la relation :
P(Ag).V(Ag)=n(Ag)RT(Ag) (équation d’état des GP)
P(Ag)
en Pa (1 bar = 105 Pa)
V(Ag)
en m3
n(Ag)
en mol
T(Ag)
en K (T = t(°C) + 273,15)
R = 8,314 Pa.m3.mol-1.K-1 (sera donnée)
R est la constante des gaz parfaits.
Dans les CNTP (T = 273,15 K (0°C) et P = 1,013 bar), Vm = 22,4L.mol-1
Applications :
l) Soit un flacon de 1,1 L rempli de dichlore à pression P = 1,013 bar et à la température
=20°C. Déterminer la quantité de dichlore contenue dans ce flacon.
T= 273+20=293K
V=1,1.10-3 m3
1 bar = 105 Pa donc P=1,013.105 Pa
n = PV/RT=4,6.10-2 mol ou 46 mmol
m) A partir de l’équation d’état, montrer que le volume molaire d’un gaz parfait ne dépend
que de la température et de la pression. En déduire sa valeur dans les conditions du 1.
Vm=V=n donc V/n = RT/P qui ne dépend que de T et P
Vm = RT/P = 0,024 m3/mol soit 24L/mol
n) En utilisant les résultats du l) et du m), retrouver le volume de gaz contenu dans le
flacon.
V = n.Vm = 4,6.10-2 x 24  1,1L
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APPLICATIONS DANS LE CHAPITRE CI
Données : masses molaires atomiques en g.mol-1 : H (1,0) ; O (16,0) ; S (32,0) ; Cu (63,5)
a) Calculer de la masse molaire de l’ion sulfate SO42b) Calculer de la masse molaire du sulfate de cuivre pentahydraté
c) Un verre d’eau contient 3,34.1024 molécules d’eau. Déterminer la quantité de matière correspondante.
Donnée : (H2O) = 1,0 kg.L-1
d) Déterminer la masse d’eau contenue dans le verre
e) Déterminer le volume d’eau contenu dans le verre d’eau
f) La masse volumique de l’éthanol est de 790 g.L-1. Déterminer la masse de 250 mL d’éthanol.
g) Déterminer la quantité de matière contenue dans une masse m = 10 g de sulfate de cuivre pentahydraté.
h) L’hexane C6H14 est un solvant liquide de masse volumique  = 660 g.L-1. Déterminer le volume d’hexane à prélever pour
obtenir 0,10 mol de ce produit.
i) Les conditions de température et de pression sont telles que Vm = 24 L.mol -1. Déterminer la quantité de matière
contenue dans 1,0 L de dichlore gazeux.
j) A température plus élevée la même quantité de dichlore occupe un volume de 1,2L. Déterminer dans ces conditions la
valeur du volume molaire.
k )Donnée : Masse molaire de la vitamine C : M( C6H12O6) = 180 g.mol-1
Un adolescent doit absorber 75 mg de vitamine C par jour. Quelle est la quantité de matière de vitamine C
correspondante ?
Un jus de fruit contient de la vitamine C à la concentration molaire C = 2,3 mmol.L -1. Déterminer le volume de jus de fruit
qu’un adolescent doit boire pour absorber sa quantité quotidienne de vitamine C ?
l) Soit un flacon de 1,1 L rempli de dichlore à pression P = 1,013 bar et à la température =20°C. Déterminer la quantité
de dichlore contenue dans ce flacon.
m) A partir de l’équation d’état, montrer que le volume molaire d’un gaz parfait ne dépend que de la température et de la
pression. En déduire sa valeur dans les conditions du 1.
n) En utilisant les résultats du l) et du m), retrouver le volume de gaz contenu dans le flacon.
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APPLICATIONS DANS LE CHAPITRE CI
Données : masses molaires atomiques en g.mol-1 : H (1,0) ; O (16,0) ; S (32,0) ; Cu (63,5)
a) Calculer de la masse molaire de l’ion sulfate SO42b) Calculer de la masse molaire du sulfate de cuivre pentahydraté
c) Un verre d’eau contient 3,34.1024 molécules d’eau. Déterminer la quantité de matière correspondante.
Donnée : (H2O) = 1,0 kg.L-1
d) Déterminer la masse d’eau contenue dans le verre
e) Déterminer le volume d’eau contenu dans le verre d’eau
f) La masse volumique de l’éthanol est de 790 g.L-1. Déterminer la masse de 250 mL d’éthanol.
g) Déterminer la quantité de matière contenue dans une masse m = 10 g de sulfate de cuivre pentahydraté.
h) L’hexane C6H14 est un solvant liquide de masse volumique  = 660 g.L-1. Déterminer le volume d’hexane à prélever pour
obtenir 0,10 mol de ce produit.
i) Les conditions de température et de pression sont telles que Vm = 24 L.mol -1. Déterminer la quantité de matière
contenue dans 1,0 L de dichlore gazeux.
j) A température plus élevée la même quantité de dichlore occupe un volume de 1,2L. Déterminer dans ces conditions la
valeur du volume molaire.
k )Donnée : Masse molaire de la vitamine C : M( C6H12O6) = 180 g.mol-1
Un adolescent doit absorber 75 mg de vitamine C par jour. Quelle est la quantité de matière de vitamine C
correspondante ?
Un jus de fruit contient de la vitamine C à la concentration molaire C = 2,3 mmol.L -1. Déterminer le volume de jus de fruit
qu’un adolescent doit boire pour absorber sa quantité quotidienne de vitamine C ?
l) Soit un flacon de 1,1 L rempli de dichlore à pression P = 1,013 bar et à la température =20°C. Déterminer la quantité
de dichlore contenue dans ce flacon.
m) A partir de l’équation d’état, montrer que le volume molaire d’un gaz parfait ne dépend que de la température et de la
pression. En déduire sa valeur dans les conditions du 1.
n) En utilisant les résultats du l) et du m), retrouver le volume de gaz contenu dans le flacon.