Mesures de quantités de matière en chimie : la môle

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Mesures de quantités de matière en chimie : la môle
Document :
Lorsqu’un maçon prépare du béton, il doit mélanger différents agrégats : gravier, sable, ciment et eau.
Pour que le béton soit de bonne qualité, il doit respecter des proportions bien définies entre les
quantités de chacun de ces ingrédients (1 seau de ciment, 3 seaux de sable, 4 seaux de gravier et
1 demi-seau d’eau) sinon le béton risque d’être cassant ou de se fissurer.
Un maçon ne manipule jamais un gravier, un grain de sable ou un cristal de ciment, mais toujours un
grand nombre de ces entités, et il utilise comme unité de mesure le seau de 10L ou la brouette de 50L.
De même, un chimiste ne manipule jamais un seul atome, ou une seule molécule, ou un seul ion, car leurs
dimensions sont bien trop petites à notre échelle !
Mais lorsqu’il fait réagir des espèces chimiques entre-elles, il doit les mélanger dans des proportions bien définies.
Pour cela, il doit être capable de mesurer les quantités de matière de chaque espèce concernée.
Ainsi le mélange air-essence qui brûle dans un moteur de voiture ne doit pas contenir trop d’air
sinon le rendement du moteur est mauvais, ni trop d’essence sinon les gaz d’échappement
contiennent trop de monoxyde de carbone et de carbone solide qui sont très polluants.
De même, les quantités de médicament administrées à un malade doivent également être déterminées
avec précision, sinon le médicament risque de rester inactif, ou au contraire de provoquer des effets
secondaires indésirables pouvant aller jusqu’à la mort du patient.
En chimie, l’unité de quantité de matière s’appelle la môle.
On appelle môle un ensemble d’atomes, de molécules ou d’ions identiques contenant
6,02.10
23
atomes, molécules ou ions. Le symbole de la môle est mol
N
A
=6,02.10
23
mol
–1
est appelé nombre d’Avogadro.
Ce nombre a été choisi de façon à ce que la masse d’une môle d’un atome de symbole X
s’exprime en mol. L
–1
par la même valeur que le nombre de nucléon A dans le noyau.
Exemple : la masse d’une môle d’atomes de carbone C se note M(C) = 12 g.mol
–1
le nombre d’atomes de carbone contenus dans 12g de carbone est donc égal à 6,02.10
23
atomes.
On définit de même une masse molaire moléculaire pour un groupe de 6,02.10
23
molécules identiques.
Dans 1 môle d’alcool (éthanol) de formule brute C
2
H
6
O il y a 2 mol de carbone, 6 mol d’hydrogène et 1 mol d’oxygène.
M(C
2
H
6
O) = 2 x 12 + 6 x 1 +1 x 16 = 46g.mol
–1
sachant que M(C) = 12g.mol
–1
M(H) = 1g.mol
–1
et M(O) = 16g.mol
–1
Questions :
1. Quel est le point commun entre le maçon et le chimiste dont il est question dans ce document ?
2. Quelles sont les unités de mesure utilisées par le maçon pour respecter les bonnes proportions entre les
agrégats lorsqu’il prépare du béton ?
3. Pourquoi le maçon doit-il respecter certaines proportions entre les agrégats lorsqu’il prépare son béton ?
4. Y a-t-il le même nombre de grains de sable dans un seau de sable que de graviers dans un seau de gravier ?
Justifie la réponse.
5. Propose un protocole pour déterminer le nombre de graviers contenu dans un seau sans avoir besoin de les
compter un à un, en utilisant une balance (on supposera que tous les graviers sont identiques).
Appelle le prof pour vérifier.
1
0,5
0,5
1
2
NOM :

12
6
6. Mets en œuvre ce protocole pour déterminer le nombre de grains de sable contenus dans le bécher qui est
sur ta paillasse. Donne les résultats de tes mesures et de tes calculs.
7. Pourquoi le chimiste doit-il être capable de mesurer les quantités d’entités (atomes, molécules ou ions) qu’il
manipule ?
8. Quelle est l’unité de mesure de quantité de matière utilisée par les chimistes ? Définis cette unité.
9. Donne la constitution d’un atome de carbone C ?
Calcule sa masse sachant que la masse d’un nucléon est m
= 1,67.10
–27
kg.
10. Calcule le nombre d’atomes de carbone présents dans un échantillon de masse m
1
= 12,0g.
Compare ton résultat à la valeur du « nombre d’Avogadro » et conclue.
11. Combien y a-t-il de molécules d’éthanol (alcool présent dans le vin et toutes les boisons alcoolisées) dans
un échantillon de masse 46g ?
Cela correspond à combien d’atomes de carbone ? d’hydrogène ? d’oxygène ?
12. Calcule la masse molaire de l’eau de formule chimique H
2
O.
13. Propose un protocole pour prélever dans une éprouvette graduée une môle d’eau distillée.
Appelle le prof pour vérifier.
14. Mets en œuvre ce protocole et mesure le volume correspondant. Indique sa valeur V=
15. Combien y a-t-il d’atomes d’oxygène dans ton éprouvette ? et d’atomes d’hydrogène ?
16. Le sucre (saccharose) présent sur la paillasse de ton prof a pour formule chimique : C
12
H
22
O
11
Prélève une quantité n = 0,010 môle de ce sucre dans une coupelle après avoir proposé un protocole pour
cela. Appelle le prof pour vérifier.
2
1
1
1
1
1
0,5
1
1
,5
1
0,5
1
2
0,5

Préparation d’une solution aqueuse par dissolution d’un composé solide :
Le nombre de môle de soluté X à prélever est n
La masse correspondante est m = n . M où M est la masse molaire du soluté X m en g M en g.mol
–1
Objectif à atteindre :
On veut préparer V=100mL d’une solution de chlorure de sodium NaCl
(s)
contenant 0,200mol de NaCl.
1. Calcul de la masse de soluté à prélever :
On donne les masses molaires atomiques : M(Na) = 23,0g.mol
–1
M(Cl) = 35,5g.mol
–1
Masse molaire moléculaire de NaCl
(s)
: M(NaCl) = …………………………………………………..
Nombre de mol à prélever : n(NaCl
(s)
) = …………………
Masse de NaCl
(s)
à prélever: m(NaCl
(s)
) = ………………………………
2. Protocole expérimental :
Placer un bécher sur la balance. Tarer la balance.
Prélever la masse m =…………. de cristaux à l’aide d’une spatule propre et sèche.
Rincer la paroi intérieure d’une fiole jaugée de volume V
à l’aide d’une pissette d’eau distillée.
Verser les cristaux dans la fiole jaugée à l’aide d’un entonnoir
Rincer le bécher et l’entonnoir avec de l’eau distillée de façon
à récupérer la totalité des cristaux dans la fiole.
Remplir la fiole à moitié d’eau distillée et, après l’avoir
bouchée, l’agiter pour dissoudre les cristaux.
Lorsque la dissolution est terminée, ajouter de l’eau distillée
à la pissette pour terminer au niveau du trait de jauge.
Reboucher la fiole jaugée et la retourner plusieurs fois
pour bien homogénéiser la solution obtenue.
Appeler le prof pour vérification
3. Calcul de la concentration de la solution obtenue :
On définit la concentration massique C
m
d'une solution aqueuse comme le rapport entre
la masse m de soluté dissout (en g) et le volume V (en L) de la solution aqueuse obtenue.
Calcule la concentration massique en chlorure de sodium de la solution aqueuse que tu as préparée.
Quelle est son unité ?
On définit la concentration molaire C d'une solution aqueuse comme le rapport entre le
nombre de mol n de soluté dissout et le volume V (en L) de la solution aqueuse obtenue.
Calcule la concentration molaire en chlorure de sodium de la solution aqueuse que tu as préparée.
Quelle est son unité ?
4. Exercice :
Calculer les concentrations massique et molaire d’une solution obtenue en dissolvant n = 0,010 môle de
sucre (saccharose) dans 50,0mL d’eau.
C
m
=
m
V
C =
n
V
1
1
1
2
1,5
1,5
2