SP3 " La mole et la concentration molaire"

SP3
" La mole et la concentration molaire"
Les échantillons de matière que nous manipulons contiennent un nombre
gigantesque d’entités chimiques ; ainsi, une simple goutte d’eau contient
environ 1 500 milliards de milliards de molécules d’eau H2O !
Autant tenter de compter le nombre de grains de sable dans le Sahara que
d’essayer de dénombrer une à une ces entités dans les substances qui
nous entourent ! Nous allons voir comment les chimistes s’y sont pris
pour compter les entités qu’ils manipulent…
I) La mole, unité de quantité de matière
1) Du microscopique au macroscopique : comment compter les entités par
paquets?
Finir la partie 1 de l’activité expérimentale sur la banane.
2) Combien d’entités dans un paquet ?
3.Faire
l'activitéqui
suit
2.Fairela
partie3de
lamême
activité
1.Finirlapartie2
del'AEsurla
banane
Activité La mole, toute une histoire
Document 1 Un peu d’histoire sur la mole
Devant l’énormité des nombres rencontrés, les chimistes ont proposé une nouvelle méthode pour
faciliter le décompte à l’échelle macroscopique d’entités microscopiques : ces dernières sont
regroupées en « paquets » d’un nombre NA d’entités, paquets appelés moles. La mole a été
alors posée comme l’unité de quantité de matière (symbole : mol).
Que vaut le nombre NA ?
Définition: Une mole représente le nombre d’atomes contenus dans 12,0 g de carbone
isotope 12.
Jean Perrin (1870-1942), prix Nobel en 1926, détermina la valeur de la
constante NA, qu’il appela constante d’Avogadro en hommage au savant
italien Amedeo Avogadro (1776-1856), par treize méthodes différentes.
Aujourd’hui, on admet qu’une mole d’entités identiques (atomes, molécules,
ions, électrons …) est la quantité de matière d’un système contenant NA =
6,02.1023 entités.
Document 2 La quantité de
matière
Travail à réaliser
1. Résumer sous forme
d'une carte, toutes les
informations concernant
la mole.
2. Que signifie cette écriture à
l’échelle macroscopique?
Applications
En vous aidant de votre carte, répondre aux questions suivantes.
1. A quelle quantité de matière de molécules de CO2 a-t-on affaire quand on manipule N = 6,02.1021
molécules ?
2. On dispose d'une plaque de cuivre et d'une balance.
a. Déterminer le nombre d'atomes contenus dans cette plaque.
b. Déterminer la quantité de matière correspondante.
Masse d’un atome de cuivre m
= 29mp+ 34mn+ 29me = 1,055.10-25 kg
II) Lien entre la quantité de matière et la masse
Masse ( m en g) et quantité de matière (n en mol ) sont très intimement liées. Quelle grandeur fait le
lien entre les deux: la masse molaire M en g/mol ?
1) Masse molaire atomique
La masse molaire atomique d’un élément est la masse d’une mole d’atomes de cet élément.
Notée M, elle s’exprime en g.mol−1. Les masses molaires des différents éléments sont données dans la
classification périodique.
Exemples Masses molaires en g.mol−1:
M(C)=12,0;M(H)=1,0;M(O)=16,0;M(Cu)=63,5; M(S)=32,1 ; M(Cl) =35,5 ;M(Na)= 23
2) Masse molaire moléculaire ou ionique
•
•
La masse molaire moléculaire d’une espèce chimique représente la masse d’une mole de ses
molécules. ( idem pour les ions)
Elle se définit comme la somme des masses molaires atomiques des éléments présents dans la
molécule, en tenant compte des coefficients ! Elle s’exprime elle aussi en g.mol−1.
Applications
1. Calculer la masse molaire moléculaire de la molécule d'eau et des molécules suivantes : l’éthanol
C2H6O, le glucose C6H12O6, le sulfate de cuivre pentahydraté (CuSO4, 5H2O).
2. Calculer la masse molaire ionique de l'ion sulfate SO42-. Pourquoi ne tient -on pas compte de sa
charge?
NB: Compléter au fur et à mesure la carte mentale du chapitre.
3) Quantité de matière et masse ( pour les solides....)
La quantité de matière n (en mol) d’un échantillon de masse m (en g) d’une espèce dont la
masse molaire est M (en g.mol−1) est :
n= m/M ou n=M/m ou n = m x M ?
Laquelle des trois choisissez-vous? Justifier en utilisant les unités.
Applications
1. Prenons deux échantillons de 100 g de chlorure de sodium et d’eau. Calculer la quantité de matière
correspondante.
2. Un sportif ingère un morceau de sucre (saccharose C12H22O11). La masse d'un morceau de sucre est
de 6,0 g. Quelle quantité de matière a-t-il ingérée ?
3. La créatinine est une molécule fabriquée dans le muscle lors de l’effort. Elle a pour formule brute
C H N O: montrer que sa masse molaire moléculaire est de 113 g.mol–1.
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III) Quantité de matière et liquides
1) Cas des liquides purs
Problématique
Pour réaliser une expérience en chimie,
le professeur nous demande de
prélever 0,86 mol d'éthanol. Voici ses
caractéristiques:
Donnée:
Il ne met à notre disposition que le
matériel suivant: gants, béchers,
lunettes, la hotte, le flacon d'éthanol
et une éprouvette graduée de 50mL.
Travail à effectuer
Analyser et communiquer
1. Rappeler la définition de la densité, en déduire la masse volumique.
2. Proposer une stratégie permettant de répondre au problème posé et y répondre.
3. Généraliser et compléter la carte mentale.
2) Cas d'une solution: cas d'une boisson isotonique
Athlon
A)L ’athlon
Document 1 Extrait d'une pub
http://www.ina.fr/pub/alimentationboisson/video/PUB3249874065/athlon-boisson-dietetique-deleffort-le-relais-de-votre-energie.fr.html
Document 2 Etiquette de cette boisson
http://lediabete.blogspace.fr/354170
/les-aliments-et-boissons-de-l-effort/
Travail à réaliser
1. Pourquoi peut-on dire que cette boisson est une solution aqueuse?
2. Préciser le ou les solutés présents. Indiquer sous quelles formes on les trouve pour le sucre et les
sels minéraux. Pas pour les vitamines.
3. Calculer la concentration massique en sucre. Préciser le nom de ce sucre et chercher sa formule
brute.
4. Proposer une définition de la concentration molaire notée C et la calculer pour le sucre.
5. Proposer une relation entre les deux concentrations.
B) Généralisation
IV) Retour rapide sur la préparation de solutions aqueuses
1) Par dissolution d'un soluté dans le solvant eau
Défi 1
Proposer un protocole permettant de préparer
100,0 mL d'une solution de permanganate de
potassium de concentration C=1,0.10-2mol.L-1.
Matériel: Balance, eau distillée, béchers, capsule,
spatule,flacon de permanganate de potassium,
entonnoir, fiole jaugée de 100,0 mL et bouchon,
balance.
2) Par dilution d'une solution mère
Principe
Au cours d'une dilution il y a conservation de la matière donc de la masse et aussi de la quantité
de matière.
Défi 2
On dispose d’une solution mère d’acide chlorhydrique de concentration 1,0 mol/L. On veut obtenir une
solution fille de volume 100,0 mL et de concentration 0,10 mol/L. Quel volume de mère doit-on prélever?
Exercices 6,10,12 et 17 page 170