C1 Détermination de la composition d’un système à l’aide de grandeurs physiques

1spé PC
C1
C1 : Détermination de la composition d’un système à l’aide de
grandeurs physiques
Objectifs du chapitre et plan de travail
DM1
Notions
Relation entre masse
molaire d’une espèce, masse
des entités et constante
d’Avogadro.
Masse molaire atomique
d’un élément.
Volume molaire d’un gaz.
TPC1
Concentration en mol∙L−1.
ADC1
TPC1bis
TDC1
Absorbance, spectre
d’absorption, couleur d’une
espèce en solution, loi de
Beer-Lambert.
Savoir faire
Déterminer la masse molaire d’une espèce à partir des
masses molaires atomiques des éléments qui la
composent.
Déterminer la quantité de matière contenue dans un
échantillon de corps pur à partir de sa masse et du
tableau périodique.
Utiliser le volume molaire d’un gaz pour déterminer
une quantité de matière.
Déterminer la quantité de matière de chaque espèce
dans un mélange (liquide ou solide) à partir de sa
composition.
Déterminer la quantité de matière d’un soluté à partir
de sa concentration en mol∙L−1 ou en g∙L−1 et du
volume de solution.
Expliquer ou prévoir la couleur d’une espèce en
solution à partir de son spectre UV-visible.
Déterminer la concentration d’un soluté à partir de
données expérimentales relatives à l’absorbance de
solutions de concentrations connues.
Proposer et mettre en œuvre un protocole pour
réaliser une gamme étalon et déterminer la
concentration d’une espèce colorée en solution par
des mesures d’absorbance. Tester les limites
d’utilisation du protocole.
I. Mole et masse molaire
a. Mole.
La mole de symbole mol est l'unité de la quantité de matière notée n d'une entité élémentaire (atome,
molécule, ion, particule...). Une mole est un « paquet » contenant NA = 6,02.1023 entités (NA nombre
d’Avogadro).
b. Masse molaire atomique.
La masse molaire atomique, notée M d'un atome est la masse par mole d'atome. L’unité est le g.mol-1
Sa valeur est indiquée dans le tableau périodique des éléments. (La valeur indiqué est la moyenne qui prend
en compte les proportions des isotopes pour chaque élément)
c. Masse molaire moléculaire.
La masse molaire moléculaire d'une molécule est la masse par mole de molécule. On la calcule en
additionnant les masses molaires atomiques des atomes de la molécule.
Exemple :
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II. Quantité de matière d'un solide ou d'un liquide.
a. Quantité de matière et masse d'un corps pur.
La masse molaire d'une espèce chimique s'écrit :
M en g.mol-1 m en g et n en mol
b. Quantité de matière et volume d'un corps pur.
Un échantillon de volume V a pour masse m :
Et on obtient la quantité de matière avec la masse molaire :
c. Prélever une quantité de matière.
Pour prélever une quantité de matière :
– Soit on mesure la masse (pesée) et on utilise la masse molaire.
– Soit on mesure son volume (éprouvette) et on utilise la masse molaire et la masse volumique.
d. Quantité de matière d'un gaz.
Loi d'Avogadro-Ampère : Deux volumes égaux de gaz différents, dans les même conditions de température et
de pression, contiennent la même quantité de matière. Le volume d'une mole est le volume molaire Vm
Vm en L.mol-1 V volume de gaz en L n quantité de matière en mol
A Patm : T=0° Vm = 22,4 L.mol-1
T=25° Vm = 24,5 L.mol-1
III. Concentration d'une solution
a. Concentration molaire.
C'est la quantité n de soluté dissous dans le solvant par le volume V de solution
C en mol.L-1 n en mol et V en L
b. Concentration massique.
C'est la masse m de soluté dissous dans le solvant par le volume V de solution
Cm en g.L-1 m en g et V en L
On en déduit :
c. Préparation d'une solution à une concentration donnée par dissolution ou par dilution.
Voir TPC1 Bouillie bordelaise
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IV. Espèce colorée en solution.
a. Couleur d'une solution.
En superposant, en certaines proportions, trois faisceaux lumineux de couleurs
primaires, on peut reproduire toute lumière colorée.
Ce procédé porte le nom de synthèse additive trichromique RVB.
Lorsque l’œil reçoit plusieurs lumières colorées, le cerveau en perçoit une
nouvelle, résultat de la synthèse additive de ces lumières colorées.
Couleurs complémentaires
La superposition d’un faisceau de lumière colorée avec un faisceau de lumière
de sa couleur complémentaire redonne de la lumière blanche.
Les objets qui nous entourent sont visibles car ils nous renvoient de la lumière ; cette lumière provient
généralement d’une source extérieure (soleil, lampe,…).
Lorsqu’un objet reçoit de la lumière, il peut :
 Laisser passer une partie de la lumière incidente, c’est le phénomène transmission
 Renvoyer une partie de la lumière incidente dans toutes les directions : c’est le phénomène de diffusion
 Ne pas renvoyer une partie de la lumière incidente : c’est le phénomène d’absorption
Une solution qui n’absorbe aucune radiation dans le visible est transparente. Une solution qui absorbe une
partie des radiations visibles apparaît colorée. La couleur de la solution et la couleur absorbée sont
complémentaires
Exemples :
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 On mesure les radiations
spectrophotomètre A=f(λ)
C1
absorbées
à
l'aide
d'un
Exemple : Spectre d'absorption du permanganate de potassium

On détermine la longueur d’onde du maximum d’absorbance λAmax et on retrouve la couleur
correspondante absorbée :

L’étoile chromatique permet de retrouver la couleur complémentaire qui est la couleur de la solution.
b. Loi de Beer-Lambert
La loi de Beer-Lambert établit la proportionnalité entre l'absorbance et la concentration d'une solution :
A: absorbance sans unité
ε: Coefficient d'absorption molaire en L.mol-1.cm-1
l: Longueur de la cuve en cm.
C: Concentration en mol.L-1
c. Dosage par étalonnage.
Un dosage est une méthode de détermination de la concentration d’une espèce en solution.
Un dosage par étalonnage consiste à comparer une propriété physique d’un échantillon à la même propriété
physique pour une gamme d’étalons (objet qui sert de référence).
Le dosage spectrophotométrique est une technique utilisée lorsque l’espèce en solution est colorée.
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 Choix de la longueur d’onde de travail.
Le dosage par étalonnage peut être réalisé en utilisant n’importe quelle longueur d’onde pour laquelle
l’absorbance de la solution n’est pas nulle. Toutefois, les incertitudes de mesure sont les plus faibles en
utilisant la longueur d’onde λAmax correspondant au maximum d’absorption.
On choisit la longueur d’onde correspondant au maximum d’absorption de la solution.
 Construction de la courbe d’étalonnage.
On prépare plusieurs solutions de l’espèce colorée à doser de concentrations connues. On mesure leur
absorbance à la longueur d’onde choisie. On trace le graphique A = f(c). La courbe A=f(c) est modélisée par
une droite, appelée droite d’étalonnage. C’est la droite passant par l’origine du repère et passant « au plus
près » des points du graphique. Son coefficient directeur est k (=ε x l ).
 Détermination de la concentration inconnue
On mesure l’absorbance de la solution à doser. Puis on utilise la droite d’étalonnage pour trouver sa
concentration.
Par lecture graphique, on reporte l’absorbance de la solution à doser sur la droite d’étalonnage et on lit en
abscisse la valeur de la concentration.
Par calcul, on utilise la loi de Beer-Lambert, c = A/k, k étant déterminé grâce à la droite d’étalonnage.
POUR REUSSIR :
En classe :
ADC1
C1 et TDC1
TPC1
TPC1 bis
C1 bilan
TDC1
Réviser C1
Compte rendu
Compte rendu
Réviser C1
S’entrainer
S’entrainer
C1
C1bis
bilan
TDC1
livre
A la maison :
DM1
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TDC1 : Dosage spectrophotométrique de la vanilline dans un sachet de sucre vanillé
Sur l’étiquette du sachet de sucre vanillé, il est précisé l’information suivante : « 4% en masse de gousse de
vanille ». On souhaite vérifier cette information.
Données :
Formule brute de la Vanilline : C8H8O3
Masses molaire : M(H) = 1,0 g/mol
M(C) = 12,0 g/mol
M(O) = 16,0 g/mol
Protocole de préparation de la gamme étalon

Dans une fiole jaugée de 1,00 L, introduire 100 mg de vanilline pure.

Dissoudre complètement la vanilline et compléter jusqu’au trait de jauge avec une solution aqueuse
d’hydroxyde de sodium. On obtient une solution mère notée F0.

Dans une fiole jaugée de 100,0 mL, introduire 1,00 mL de F0 et compléter jusqu’au trait de jauge avec
la solution d’hydroxyde de sodium. On note F1 la solution fille obtenue.

Préparer toujours dans la fiole de 100 mL des solutions filles F2 à F6 en prélevant respectivement des
volumes égaux à 2,0 ; 3,0 ; 4,0 ; 5,0 et 6,0 mL de F0.

Mesurer l’absorbance A des six solutions pour une longueur d’onde de 348 nm. À cette longueur
d’onde, seule la vanilline absorbe.
Protocole de préparation de l’échantillon de sucre vanillé

Dans une fiole jaugée de 500 mL, introduire 1,0 g de sucre vanillé.

Dissoudre complètement le sucre et compléter jusqu’au trait de jauge avec la solution d’hydroxyde de
sodium.

Mesurer l’absorbance de la solution de sucre vanillé pour une longueur d’onde de 348 nm.
Résultats expérimentaux
1
0,175
2
13
20
26
33
39
0,342
0,510
0,670
0,851
1,020
0,241
D’après La chimie expérimentale (Chimie organique et minérale)
Romain BARBE, Jean-François LE MARÉCHAL – Édition 2007 DUNOD
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–4
-1
1. Montrer que la concentration de la solution mère F0 est de 6,6×10 mol.L puis en déduire la
concentration de la solution fille F1.
2. Montrer à l’aide des résultats expérimentaux que la masse de vanilline présente dans 1,00 g de sucre vanillé
est d’environ 0,7 mg.
Toute démarche du candidat, même non aboutie, sera prise en compte.
3. Sachant qu’un gramme de gousse de vanille peut contenir de 5 à 25 mg de vanilline, vérifier si la mention
sur l’étiquette est acceptable.