582695191 1/5 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. 582695191 2/5 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). 582695191 3/5 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 582695191 4/5 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 582695191 5/5 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. ________________________________________________________________________________________ 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.