TP N° 3 de Chimie : Un outil important pour le chimiste : la mole.

TP Chimie
Seconde
TP N° 3 de Chimie : Un outil important pour le chimiste : la mole.
Objectifs :
- Mise en situation problème qui conduira à l’outil indispensable au chimiste : la mole.
- Notion de masse molaire.
I. A vos marques, prêts, comptez !
Vous disposez d’un paquet contenant de la semoule et d’une balance.
¾ Dans un premier temps, vous allez faire un paquet contenant 20 grains de semoule.
¾ Maintenant vous allez faire un paquet de 2000 grains de semoule.
1) Quel « problème » rencontrez-vous dans le second cas ?
2) Comment allez-vous procéder ?
Conclusion : « peser des grains de semoule c’est équivalent à les ……………………. et réciproquement »
II. Application à la chimie : la mole.
Le noyau de l’atome de carbone 12 a pour symbole 126 C .
La masse d’un nucléon est m1 nucléon = 1,67×10-27 kg.
1) Calculer la masse m atome d’un atome de carbone 12.
2) Déterminer le nombre NA d’atomes de carbone 12 présents dans 12 g de carbone 12.
Afin de faciliter le décompte du nombre d’entités microscopiques présentes dans un échantillon
« macroscopique », le chimiste a regroupé les entités microscopiques en « paquets » contenant chacun
NA entités.
• Le nombre 6,02×10 23 s’appelle constante d’Avogadro, notée NA et son unité est mol – 1 :
NA = 6,02×10 23 mol – 1
C’est un nombre universel, à chaque fois qu’on a NA entités chimiques identiques dans un échantillon
équivaut à dire qu’on a une mole d’entités chimiques
• La mole, dont le symbole est mol, est l’unité de quantité de matière adaptée à notre échelle.
• Une mole d’entités identiques (atomes, molécules, ions, électrons…) est la quantité de matière
d’un système contenant NA= 6,02×10 23 entités identiques.
• On représente la quantité de matière par la lettre « n ».
3) Combien y a-t-il d’atomes de carbone N dans un échantillon de n = 1,3 mol d’un morceau de
carbone 12 ?
4) De quelle quantité de matière n dispose-t-on dans un échantillon contenant N = 1,5 × 10 22 atomes
de carbone 12 ?
5) Choisir la relation qui lie n, la quantité de matière exprimée en mole ; NA, le nombre d’Avogadro
et N, le nombre total d’entités microscopiques parmi les trois propositions suivantes :
a) N =
NA
n
;
b) NA =
n
N
;
c) N = NA × n
III. La masse molaire.
a) Masse molaire atomique – Masse molaire ionique.
• La masse molaire atomique d’un élément correspond à la masse d’une mole d’atomes de cet
élément. C’est donc la masse de NA = 6,02×10 23 atomes de cet élément.
•
Elle s’exprime en g·mol−1 (gramme par mole), on la note M. Elle se trouve dans la classification
périodique des éléments.
•
La masse molaire d’un ion (ionique) est égale à la masse molaire de l’atome correspondant (car
la masse des électrons est très faible devant celle de l’atome : m atome ≈ A × m nucléon )
Ex : M (Cl) = 35,5 g·mol−1 et M (Cl−) = 35,5 g·mol−1
1) D’après la classification périodique des éléments, déterminer la masse molaire atomique du
carbone 12 notée M (C)
2) Même question avec celle de l’hydrogène H, elle sera notée M (H)
3) En utilisant la classification périodique des éléments, déterminer la masse molaire du Fer M (Fe)
puis en déduire celle des ions Fe 2+ et celle des ions Fe 3+ notées M ( Fe 2+ ) et M ( Fe 3+ ).
4) Déterminer la masse associée à une quantité de matière n = 0,20 mol de fer.
5) Choisir la relation qui lie n, la quantité de matière exprimée en mole ; m, la masse de l’échantillon
et M, la masse molaire de l’entité chimique parmi les trois propositions suivantes :
a) m =
M
n
;
b) n =
m
M
; c) M = m × n
b) Masse molaire moléculaire.
• La masse molaire moléculaire correspond à la masse d’une mole de molécules identiques.
Elle s’exprime en g·mol−1 (gramme par mole), on la note également M.
•
Elle se calcule à partir de la masse molaire atomique des atomes qui constitue la molécule.
•
Elle est égale à la somme des masses molaires atomiques des atomes présents dans la molécule.
Ex : M (H2O) = 2 × M (H) + 1 × M (O) = 2 × 1,01 + 1 × 16,0 = 18,02 g·mol−1
1) Calculer la masse molaire moléculaire du sucre M (C12H22O11).
2) Quelle est la masse associée à une quantité de matière n = 0,20 mol de sucre ?
IV. Bilan
Echelle « macroscopique »
(humaine)
Echelle microscopique
masse de
l’échantillon
m (en g)
quantité de
matière
n (en mol)
nombre d’entités (atomes,
ions, molécules…) identiques
N
=
masse de toutes
les entités
(masse de tous
les « paquets »)
=
=
nombre de « paquets »
(entiers ou non)
nombre total
d’entités