exercices chimie

Utiliser la constante d’Avogadro
Un atome de manganèse a une masse m (Mn) =
9,12 x 10 – 23 g .
1. Calculer le nombre d’atomes de manganèse
présents dans un échantillon de masse m = 3,12
g .
2. En utilisant la constante d’Avogadro,
déterminer la quantité de matière
correspondante.
Donnée : N A = 6,02 x 10 23 mol – 1.
Correction
Utiliser la constante d’Avogadro
1. Nombre N d’atomes de manganèse présents.
m
N =
m (Mn)
3,12
N =
9,12 x 10 – 23
N ≈ 3,42 x 10 22 atomes
2. Quantité de matière n correspondante.
N
n =
N A
3,42 x 10 22
n =
6,02 x 10 23
n ≈ 5,68 x 10 - 2 mol
II. Exercice 4 page 302.
Utiliser la définition officielle de la mole
On considère un échantillon de carbone 12 de
masse de m = 12,0 g .
1. Rappeler la composition d’un atome de
carbone 12 et évaluer sa masse.
2. En utilisant la définition officielle de la mole,
calculer la valeur de la constante d’Avogadro.
Données : mneutron = mproton = 1,67 x 10 – 27 kg .
La masse des électrons est négligeable devant
celle du noyau
Correction
Utiliser la définition officielle de la mole
1. Composition d’un atome de carbone 12
Atome de carbone 12
Nombre de protons
Z = 6
Nombre de neutrons
A – Z = 6
Nombre d’électrons :
Un atome est électriquement neutre
N (e –) = Z =
6
- Évaluation sa masse m (C).
- m (C) ≈ A . m proton
- m (C) ≈ 12 x 1,67 x 10 – 27
- m (C) ≈ 2,00 x 10 – 26 kg
2. Valeur de la constante d’Avogadro NA.
- Définition de la mole :
La mole est la quantité de matière d'un système
contenant autant d'entités élémentaires qu'il y a
d'atomes dans 12 g de carbone 12.
12
N A =
m (C)
12
N A =
2,00 x 10 - 26 x 10 3
N A ≈ 6,0 x 10 23 mol- 1
III. Exercice 9 page 302.
Calculer une masse molaire atomique
L’élément bore à l’état naturel est formé d’un
mélange de deux isotopes, le bore 10 et le bore 11.
En utilisant les données du tableau suivant,
calculer la masse molaire atomique de l’élément
bore.
Isotope
Bore 10
Bore 11
Pourcentage
19,64
80,36
Masse d’une
mole d’atomes
g / mol
10,0129
11,0093
Correction
Calculer une masse molaire atomique
- Masse molaire atomique de l’élément bore
10,0129 x 19,64
11,0093 x 80,36
M (B) =
+
100
100

M (B) ≈
10,81 g / mol
IV. Exercice 11 page 303.
Utiliser les propriétés du volume molaire d’un
gaz
À la température de θ = 20 ° C et sous la
pression
p = 1,013 x 10 5 Pa, le volume molaire des gaz
vaut :
V m = 24,0 L / mol.
Le méthane CH4 et le butane C4H10 sont alors
gazeux.
Quel est dans ces conditions le volume occupé
par une mole de méthane, puis par deux moles de
butane ?
Correction
Utiliser les propriétés du volume molaire d’un gaz
On utilise la loi d’Avogadro-Ampère :
- Des volumes égaux de gaz différents, pris dans les
mêmes conditions de température et de pression,
renferment le même nombre de molécules.
- Dans les mêmes conditions de température et de
pression, tous les gaz ont le même volume molaire.
- Relation : Volume d’un gaz :
- V = n x V m
- Cas du méthane :
- n = 1 : V = n x V m = 24,0 L
- Cas du butane :
- n = 2 : V = n x V m = 48,0 L
V. Exercice 15 page 303.
Déterminer masse et quantité de matière
1. Recopier et compléter le tableau suivant.
Nom
Formule
M (g
/
mol)
m
(g)
n
(mol)
Diazote
5,6
Dichlorométhane
CH2Cl2
0,31
HCl
5,6
Dioxyde d’azote
0,31
2.Répondre aux questions suivantes en utilisant les
résultats du tableau.
a. Des échantillons différents de masses égales
contiennent-ils la même quantité de matière ?
b. Des échantillons différents de même quantité de
matière ont-ils la même masse ?
Correction
Déterminer masse et quantité de matière
1. Recopier et compléter le tableau suivant.
Nom
Formule
M
(g /
mol)
m
(g)
n
(mol)
Diazote
N 2
28,0
5,6
0,20
Dichlorométhane
C H2Cl2
85,0
26
0,31
Chlorure
d’hydrogène
HCl
36,5
5,6
0,15
Dioxyde d’azote
NO2
46,0
14
0,31
2. Exploitation les résultats du tableau.
a. Des échantillons différents de masses égales ne
contiennent pas la même quantité de matière :
- Diazote : m = 5,6 g et n = 0,20 mol
- Chlorure d’hydrogène : m = 5,6 g et n = 0,15
mol
b. Des échantillons différents de même quantité de
matière n’ont pas la même masse :
- Dichlorométhane : n = 0,31 mol et m = 26 g
- Dioxyde d’azote : n = 0,31 mol et m = 14 g
VI. Exercice 16 page 303.
Utiliser des masses volumiques
Lors de la synthèse de l’acétate de linalyle proposée
au T.P. page 234, on utilise 5,0 mL de linalol et
10,0 mL d’anhydride acétique.
En utilisant les données du tableau suivant,
déterminer les masses, puis les quantités de
matières des deux réactifs utilisés.
Espèce chimique
Formule
Masse volumique
(g / mL)
Linalol
C10H18O
0,86
Anhydride
Acétique
C4H6O3
1,08
Correction
Utiliser des masses volumiques
Espèce
chimique
Formule
Masse
volumique
(g / mL)
Masses
Molaires
(g / mol)
Linalol
C10H18O
0,86
154
Anhydride
Acétique
C4H6O3
1,08
102
- Masse de linalol :
- m (ol) = m (ol) . V (ol)
- m (ol) = 0,86 x 5,0
- m (ol) ≈ 4,3 g
- Masse d’anhydride acétique :
- m (anh) = m (anh) . V (anh)
- m (anh) = 1,08 x 10,0

- m (anh) ≈ 10,8 g
- Quantité de matière de linalol :
m (ol)
n (ol) =
M (ol)
4,3
n (ol) =
154
n (ol) ≈ 2,8 x 10 – 2 mol
- Quantité de matière d’anhydride acétique :
m (anh)
n (anh) =
M (anh)
10,8
n (anh) =
102
n (anh) ≈ 0,106 mol
VII. Exercice 21 page 304.
Le vinaigre
Par définition, un vinaigre de 6 ° contient 6,0
g d’acide acétique C2H4O2 dans 100 g de
vinaigre.
1. Calculer la quantité d’acide acétique n
contenu dans 100 g de vinaigre à 6 °.
2. Calculer le volume V d’acide acétique
contenu dans 100 g de ce vinaigre.
Donnée : masse volumique de l’acide
acétique :
m = 1,05 kg / L.
Correction
Le vinaigre
1. Quantité d’acide acétique n contenu dans
100 g de vinaigre à 6 °.
m
n =
M
6,0
n =
60
n ≈ 0,10 mol
2. Volume V d’acide acétique contenu dans 100 g
de ce vinaigre.
- Par définition : m = m . V avec m = 1,05 kg / L
= 1,05 g / mL
m
V =
m
6,0
n =
1,05
n ≈ 5,7 mL
VIII. Exercice 22 page 304.
Degré alcoolique
L’éthanol C2H6O (ou CH3CH2OH) est obtenu par
fermentation alcoolique des jus de raisin.
Par définition :
Un vin de 13,5 ° alcoolique contient 13,5 mL
d’éthanol dans 100 mL de vin.
1. Calculer la masse m d’éthanol dans 100 mL de
vin à 13,5 °.
2. Calculer la quantité de matière d’éthanol
correspondante.
Donnée :
Masse volumique de l’éthanol : m = 0,79 kg / L.
Correction
Degré alcoolique
Espèce
chimiq
ue
Formul
e
Masse
volumiq
ue
Masse
Molair
e
(g /
mol)

Éthanol
C2H6O
0,79 g /
mL
Ou
0,79 kg /
L
46,0
1. Masse m d’éthanol dans 100 mL de
vin à 13,5 °.
- Par définition :
- m = m . V avec m = 0,79 kg / L =
0,79 g / mL
- m = 0,79 x 13,5
- m ≈ 11 g
2. Quantité de matière d’éthanol
correspondante.
m
m . V
n =
=
M
M
0,79 x 13,5
n =
46
n ≈ 0,23 mol
- Remarque : si on fait le calcul avec le
résultat précédent arrondi, on trouve :
- n ≈ 0,24 mol
IX. Exercice 26 page 304.
Formule d’un gaz inconnu
Un flacon A de volume VA = 0,80 L
renferme une masse mA = 1,41 g de
propane gazeux C3H8.
1. Déterminer la quantité de matière n de
propane contenu dans le flacon.
2. Calculer le volume molaire du gaz
dans les conditions de l’expérience.
3. Dans les mêmes conditions de
température et de pression, un flacon B
de volume V B = 2 V A renferme une
masse m B = 3,71 g d’un gaz inconnu.
Déterminer la masse molaire M B de ce
gaz.
4. Ce gaz est un alcane de formule
générale Cx H2 x + 2 où x est un entier
positif. Déterminer la formule brute de
cette espèce chimique.
5. Rechercher les formules semi-
développées des différents isomères.
Correction
Formule d’un gaz inconnu
Un flacon A de volume VA = 0,80 L
renferme une masse mA = 1,41 g de
propane gazeux C3H8.
Propane gazeux
Masse
molaire (g /
mol)
V A =
0,80 L
m A =
1,41 g
M A = 44,0
1. Quantité de matière n A de propane
contenu dans le flacon.
m A
n A =
M A
1,41
n A =
44,0
n A ≈ 3,20 x 10 – 2 mol
2. Volume molaire V m du gaz dans les
conditions de l’expérience.
- On utilise la relation valable pour les
gaz seulement
V A =
n A . V m
V A
V m =
n A
0,80
V m =
3,20 x 10 - 2
V m ≈ 25 L / mol
3. Masse molaire M B de ce gaz.
- Comme le gaz est utilisé dans les
mêmes conditions de température et de
pression, le volume molaire est le même

- Relation (1) : V B = n B . V m.
- Relation (2) : m B = n B . M B.
- Relation (3) : V B = 2 V A.
- Relation (4) : V A = n A . V m.
- Relation (5) : m A = n A . M A.
- On peut opérer autrement, mais il est
formateur de manipuler des expressions
littérales.
- Application numérique :
m B . M B
M B =
2 m A
3,71 x 44,0
M B =
2 x 1,41
M B ≈ 58 g / mol
4. Formule brute de cette espèce
chimique.
- On est en présence d’un alcane de
formule du type : Cx H2 x + 2
- On peut donner l’expression
suivante : 12 x + 2 x + 2 = 58
- On tire x = 4 ; formule brute : C4H10
le butane.
5. Formules semi-développées des
différents isomères.
Formules semi-développées
et topologiques
Chaîn
es
carbon
ées
Butane ou n-butane
4 C
2-méthylpropane ou
isobutane
3 C
1)- Exercice 13 page 117 :
Quantité de matière et masse :
- Quelle est la quantité de matière
contenue dans 24 g de carbone ?
- Dans 24 g d’eau ?
- Dans 24 g de chlorure de sodium :
- Quelle quantité de matière y a-t-il dans
50 mL d’eau (liquide) de masse
volumique 1,0 g.cm-3 ?
- Quelle quantité de matière y a-t-il dans
50 mL d’alcool (liquide) de masse
volumique 0,78 g.cm-3 ?
- Quel est le volume occupé par 0,30 mol
d’alcool ?
- Quantité de matière contenue dans 24 g
de carbone :
m C
n C =
M C
24
n C =
12
n C ≈ 2,0 mol