1eS - Chap 01 - Grandeurs physiques et quantité de matière

I ) Utilisations de la mesure en Chimie :

La mesure en Chimie permet de surveiller la pollution des gaz de rejets d’une usine, la qualité de l’eau et de l’air d’une ville, la santé d’une personne (analyse de sang, d’urine), la composition des produits alimentaires et de réguler la progression d’une réaction chimique.

On mesure  différentes grandeurs : masse, volume, et concentration.

II ) Grandeurs et quantité de matière :

1) Rappels :

La quantité de matière est le nombre d’espèces chimiques identiques (atomes, molécules ou ions) présentes dans un échantillon exprimé en mole.

Une mole est un ensemble de NA espèces chimiques (nombre d’Avogadro NA = 6,02.10 23 mol –1).

S’il y a N espèces chimiques, n = N / NA

La masse molaire M d’une espèce chimique est la masse de 1 mole d’entités.

Pour une molécule, la masse molaire est la somme des masses molaires des atomes formant la molécule.

2) Masse et quantité de matière :

Dans un échantillon de masse mX d’une espèce chimique X de masse molaire MX , la quantité de matière nX est :

X = mX / MXnX en mol, mX en g et MX en g.mol-1

 

Exercice :   Calculer la quantité de matière contenue dans 0,92 g d’éthanol ( formule C2H6O ).

Données : MH = 1,0 g.mol-1 , MO = 16,0 g.mol-1 , MC = 12,0 g.mol-1


Solution : M ( C2H6O ) = 2 x 12,0 + 6 x 1,0 + 16,0 = 46,0 g.mol-1

        n ( C2H6O ) = m / M = 0,92 / 46,0 = 0,020 mol.

Remarque : le résultat d’un calcul doit avoir autant de chiffres significatifs que la donnée qui en comporte le moins.


Travail maison :  ex  3, 8, 9 p 20

3) Volume et quantité de matière :

a) Liquide :

Pour un liquide, on utilise plutôt la mesure du volume car elle est simple.

La masse volumique ρX d’un liquide X pur est le rapport de la masse sur le volume de ce liquide.

C’est une caractéristique fixe et connue d’un liquide pur.

 

ρX = mX / VX

L’unité SI de ρ est le kg.m –3  , cependant en pratique on utilise beaucoup le kg.L –1 et le g.mL-1 .

 

Dans un échantillon de volume VX et de masse mX d’une unique espèce chimique de masse molaire MX, la quantité de matière n est :

mX = ρX .VX

nX = mX / MX = ρX . VX / MX

nX en mol , mX en g et MX en g.mol-1


Exercice : Calculer le volume d’hexane C6H14 à prélever pour obtenir 0,10 mol.

Données : Hexane : masse volumique ρ = 0,66 g.mL-1 , M = 86,0 g.mol-1


Solution : m = n x M = 0,10 x 86,0 = 8,6 g    ;      ρ = m / V   ⇒ V = m / ρ = 8,6 / 0,66 = 13 mL , Attention aux unités !

 

La densité dX d’un liquide X est très utilisée.

C’est le rapport entre la masse volumique ρX du liquide et celle de l’eau.

dX = ρX / ρeau                                 dX est sans unité.

 

b) Gaz

Le volume molaire d’un gaz est le volume occupé par 1 mole de ce gaz dans des conditions données.

Il dépend de la température et de la pression.

Température

Volume molaire Vm en L.mol-1

0°C

22,4

20°C

24,0

100°C

30,6

1000°C

104

(Pression : 1 atm)


Il est indépendant du gaz. Il est identique pour tous les gaz dans les mêmes conditions.

Dans les conditions usuelles ( P = 1 bar et T = 20°C ), le volume molaire est de 24 L.mol-1 pour tous les gaz.

nX = VX / Vm

VX en L  et Vm en L.mol-1


Exercice : Calculer le volume et la masse pour 0,20 mol dichlore.

Données : MCl = 35,5 g.mol-1 ;  Vm = 24 L.mol-1


Solution : n(Cl2) = 0,20 mol ; M(Cl2) = 2 MCl = 2 x 35,5 = 71,0 g.mol-1

m(Cl2) = n(Cl2) . M(Cl2) = 0,20 x 71,0 = 14 g

V(Cl2) = n(Cl2) . Vm = 0,20 x 24 = 4,8 L


Parfois, on ne connaît pas le volume molaire, on peut alors utiliser la loi des gaz parfaits :

PX . VX = nX . R . T

PX en Pa , VX en m3 , T en Kelvin , nX en mol ; R est la constante des gaz parfaits. R = 8,314 Pa.m3.K-1.mol-1

 

nX = PX . VX / ( RX . TX )


Exercice : Calculer la quantité de matière de dichlore dans 2,0 L sous 2,0 atm à 20°C.

Données : 1 atm = 100 000 Pa ; température absolue : 273 °K ;  R = 8,314 USI.


n(Cl2) = P(Cl2) . V(Cl2) / ( R . T) = 200 000 x 2,0.10-3 / ( 8,314 x (20 + 273)) = 0,16 mol

4) Solution et quantité de matière :

Une solution est obtenue par dissolution d’une espèce chimique X appelée soluté dans un liquide, appelé solvant.

La concentration molaire cX d’un soluté X dans un volume VS de solvant :

 

cX = nX / VS

où nX est la quantité de soluté dissoute dans le solvant en mol, cX en mol.L-1 et VS en L

 

nX = cX . VS

 

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