La masse moléculaire et la masse formulaire

Stœchiométrie 1
La masse moléculaire et la masse formulaire
La stœchiométrie (gr. : stœchios = élément, metros = mesure) est l'étude des proportions
suivant lesquelles les corps se combinent entre eux.
Masse atomique (relative)
Les masses réelles des atomes (……………) s'expriment par des nombres extrêmement
petits. C'est pourquoi les chimistes préfèrent utiliser les masses atomiques relatives qui
elles s'expriment en ………………………………………… « u » ou « u.m.a. »
1 « u.m.a. » = 1 « u » = 1,66.10–24 g = 1/12ème de la masse d'un atome de carbone 12.
La masse d'un atome est environ égale ………………… des masses des …………… et
……………………… qui forment cet atome. (Si on néglige la masse des électrons qui est
beaucoup plus petite et si on ne s'occupe pas du défaut de masse).
Exemple : masse d'un atome de chlore 35 (17 protons et 18 neutrons) = ……… u.
Comme il existe deux sortes d'atomes de chlore dans la nature : le 35Cl et le 37Cl, et
que ces deux isotopes se trouvent toujours mélangés dans une même proportion
(respectivement 75,4 % et 24,6 %), quels que soient le lieu de prélèvement et la nature de
l'échantillon, le chimiste travaille toujours avec le mélange des deux. On a donc du définir
une masse moyenne : la masse ………………… de l'élément.
la masse ………………… d'un élément est la masse moyenne des atomes du mélange
isotopique naturel.
Exemple: masse atomique de l'élément chlore = ………… u.
Masse moléculaire (relative)
La masse moléculaire est la masse d'une ………………… .
C'est la somme des masses atomiques des atomes constituant cette ………………… .
Exemple : masse moléculaire (relative) du dioxyde de carbone CO2 = ………… u.
Masse formulaire (relative)
Lorsqu'on a affaire à des composés ………………, à des alliages ou à des cristaux
atomiques, on parle de masse formulaire. C'est la masse d'une unité de formule.
C'est la somme des masses des ions ou des atomes contenus dans la formule chimique.
Exemple : masse formulaire de l'oxyde de calcium CaO = …………………………… u.
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Stœchiométrie 2
La mole, quantité de matière
Lorsque vous allez aux commissions, vous pouvez acheter la marchandise :
Ø ………………………… : 100 g de beurre, 1 kilo de pain, etc.
Ø ………………………… : 1 litre de lait, deux décis de "rouge", etc.
Ø ………………………… : 1 paquet (20 cigarettes) ou une cartouche (200 cigarettes).
De même, le chimiste mesure une quantité de matière en :
Ø ………………………… : 1,0 g de zinc, 2,0 g de NaOH, etc.
Ø ………………………… : 1 litre d'eau, 10 millilitres d'alcool, etc.
Ø ………………………… : 4 mol de fer, 0,2 mol de chlore, etc.
Définition :
Une mole est la quantité de matière qui contient autant de particules ………………………
dans 12 g de carbone 12. Ce nombre, appelé nombre ………………………… vaut :
NA = 6,022.1023
Ainsi, une mole d'atomes est la …………………………… qui contient 6,022.1023 atomes.
Une mole de molécules est la …………………………… qui contient 6,022.1023 molécules.
Masse molaire
La masse molaire est la masse d'une mole, c'est-à-dire la masse de 6,022.1023 particules.
Par exemple, la masse molaire du carbone vaut …………… car …………… de carbone
contiennent 6,022.1023 atomes.
La masse molaire de l'eau vaut ………………… car ………………… d'eau contiennent
6,022.1023 molécules.
Symbole de la masse molaire : M
Unité : g/mol.
Pour calculer le nombre de moles n contenu dans une masse m de substance, il faut
diviser ……………………………………………………, c'est-à-dire par la masse molaire.
Pour calculer la masse m d'un certain nombre de moles n de substance, il faut
………………………………………………………………, c'est-à-dire par la masse molaire.
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Stœchiométrie 3
La concentration des solutions
Très souvent, on effectue les réactions chimiques en solution, c'est-à-dire dans
……………………… capable de …………………… les réactifs.
Une solution est un mélange constitué d'un ……………………… (le corps qui dissout) et
d'un ……………… (le corps qui est dissous).
La caractéristique essentielle d'une solution est ………………………… en corps dissous.
Il existe plusieurs façon d'exprimer la quantité de soluté dans un volume donné de solvant.
Le pourcentage volumique :
Il indique le volume de soluté (en cm3) dans 100 cm3 de solution.
Par exemple, l'inscription 40 % Vol. sur une bouteille de Cognac veut dire que l'on a
40 cm3 d'alcool éthylique dans 100 cm3 de Cognac.
Formule :
. 100
% volumique =
Le pourcentage massique :
Il indique la masse de soluté (en g) dans 100 g de solution.
Par exemple, l'inscription HCI 25 % sur une bouteille d'acide chlorhydrique veut dire que
l'on a 25 g de HCI dans 100 g de solution.
Formule :
. 100
% massique =
La concentration massique :
Elle indique la masse de soluté dans 1 litre de solution.
Par exemple, l'inscription 45 g/L sur une bouteille de vinaigre veut dire que l'on a 45 g
d'acide acétique dans 1 litre de vinaigre.
Formule :
concentration massique =
=
Unité : en général g·L-1 ou mg·L-1.
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La concentration des solutions (suite)
Stœchiométrie 3b
La concentration molaire :
Elle indique …………………………………………………… dans 1 litre de …………………
Par exemple, l'inscription NaCI 2,0 M sur une bouteille de chlorure de sodium veut dire
que l'on a 2 moles de NaCI dans 1 litre de solution.
Formule :
concentration molaire =
=
Symboles : C ou [ ]. On écrit par exemple : CHCl ou [HCl] =
nHCl
V
Unité : mol·L-1 (souvent symbolisé par M dans la littérature et sur les flacons)
Ionisation du soluté
Si nous testons la conductibilité électrique de solutions aqueuses de sel de cuisine (NaCI)
et de sucre (saccharose, C12H22O11), nous observons :
a) que la solution de NaCI ………………… le courant électrique.
Explications : le NaCI est un composé ………………… qui est constitué de cations Na+ et
d'anions Cl–. Lors de la dissolution, ces ions sont dispersés dans le solvant et ils assurent
la conductibilité électrique de la solution.
On écrit :
NaCI(s)
+
−
Na(aq) + Cl(aq)
b) que la solution de saccharose, C12H22O11, ………………………… le courant électrique.
Explications : le saccharose est un composé ……………………………… Il est constitué de
molécules C12H22O11. Lors de la dissolution, ces molécules sont dispersées dans le
solvant, mais les atomes constituant ces molécules restent liés de sorte que la solution ne
contient que des molécules. Elle ne conduit donc pas le courant électrique.
On écrit :
C12H22O11 (s)
C12H22O11 (aq)
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Stœchiométrie 4
Composition centésimale et formule chimique
La composition centésimale d’un corps est le pourcentage en masse des atomes de ce
corps composé.
La composition centésimale est en général déterminé expérimentalement. Si l’on connaît
cette composition, on peut déterminer la formule brute la plus simple. Si en plus on
connaît la masse molaire de la substance, on peut déterminer sa formule brute exacte.
Bien entendu, si on connaît la formule chimique d’un composé, on peut facilement calculer
sa composition centésimale.
Le pourcentage de l’élément X dans un corps composé Y peut être calculé par la formule
suivante :
Exemple
La nicotine a comme formule exacte C10H14N2. Déterminons sa composition centésimale :
La masse molaire M de la nicotine vaut : 120 + 14 + 28 = 162 g·mol-1
Pourcentage de carbone :
Pourcentage d’hydrogène :
Pourcentage d’azote :
Vérification : 74,1 + 8,6 + 17,3 = 100 % (Jubilation intense ! C’est OK !)
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Stœchiométrie 5
Les équations de réaction
Une réaction chimique est la …………………………… d'espèces chimiques appelées
……………………… en nouvelles espèces chimiques appelées ……………………… .
Afin d'exprimer le résultat d'une réaction chimique de façon précise et concise, on écrit
une ………………… chimique qui est l'expression abstraite d'un fait …………… .
Pour établir une équation de réaction il faut :
1. Ecrire les formules des réactifs à …………………… en les assemblant à l'aide
du signe +.
2. Dessiner une flèche indiquant le ………………… du processus.
3. Ecrire de l'autre côté de la flèche les formules des ………………… rassemblés
par le signe +.
4. Equilibrer l'équation, c'est-à-dire placer les ………………………… nécessaires
afin que la ……………………… des atomes de chaque élément soit vérifiée.
Exemples :
En chauffant de l'oxyde de mercure (Il), une poudre rouge, on obtient des gouttelettes d'un
métal liquide (du mercure) et un gaz incolore inodore et insipide qui entretient les
combustions (oxygène).
En "français" :
Oxyde de mercure (Il)
En langage chimique :
Mercure + Oxygène
1. HgO
2. HgO
3. HgO
Hg + O2
4. ……………………………………………
En faisant réagir du sodium et du chlore, on obtient une poudre blanche, le chlorure de
sodium.
En "français" :
Sodium + chlore
En langage chimique:
Chlorure de sodium
1. Na + Cl2
2. Na + Cl2
3. Na + Cl2
NaCI
4. ……………………………………………
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Stœchiométrie 6
Aspects quantitatifs des réactions chimiques
La fiche précédente nous a permis d'apprendre à écrire des équations chimiques et à les
équilibrer. En résumé, une équation chimique est divisée en deux membres :
Réactifs
Produits
Exemple : lorsque le gaz naturel brûle, il réagit avec l'oxygène pour former du gaz
carbonique et de l'eau.
On représente cette réaction chimique par son équation chimique équilibrée :
…………… + ……………
…………… + ……………
Cette équation nous indique qu'une molécule de CH4 réagit avec …… molécules
d'oxygène.
Au cours de cette réaction, il se forme une molécule de CO2 et …… molécules d'eau.
Mais on peut aussi dire qu'une mole de CH4 réagit avec …… moles d'oxygène et il se
forme une mole de CO2 et …… moles d'eau.
Comme "rien ne se perd et rien ne se crée" (Loi de la ……………………………………), on
doit avoir le même nombre d'atomes à gauche qu'à droite de l'équation. Ainsi la masse
des réactifs est la même que celle des produits.
Pour déterminer la masse d'un produit formé au cours d'une réaction chimique, il faut :
1. Ecrire …………………………………………
2. Equilibrer ……………………………………………
3. Chercher le nombre de moles ………………………………
4. Calculer le nombre de moles …………………………
5. Calculer la masse …………………………
A titre d'exemple, déterminons la masse d'oxygène formée lors de la thermolyse d'un
gramme d'oxyde de mercure HgO :
1. ……………………………………………………………………………………………
2. ……………………………………………………………………………………………
3. nHgO =
=
mol
=
4. nO2 =
5. mO2 =
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