Chapitre 1
Activité 1 - Activité d'exploration
Les gaz en chimie analytique
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Problématique de l'activité
Les machines analytiques actuelles utilisent des gaz inertes contenus dans des
bouteilles sous pression.
Quel lien existe-t-il entre le volume et la quantité de matière d'un gaz ?
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Y a-t-il la même quantité de gaz dans une bouteille de 20 L de dioxygène
et dans une bouteille
de 20 L d'hélium ?
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Doc. 1La chimie analytique
Appareil de chromatographie en phase gazeuse.
La chimie analytique s'intéresse à la caractérisation et la quantification des entités chimiques présentes dans un mélange. Elle est notamment utilisée en recherche et développement, et en contrôle qualité dans l'industrie.
Elle utilise des méthodes et techniques très diverses allant d'une simple mesure d'acidité à une mesure à l'aide d'une spectrométrie en fluorescence \text{X} (sous atmosphère d'argon), ou encore d'une chromatographie en phase gazeuse (sous atmosphère d'hélium).
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- Constante d'Avogadro (nombre d'entités par mole) :
N_{\mathrm{A}}=6{,}022 \times 10^{23} mol-1.
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Découvrez la séparation des différents constituants de l'air en vidéo.
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Doc. 2La distillation des gaz de l'atmosphère
La distillation cryogénique est réalisée sur un gaz liquéfié. En réchauffant progressivement ce gaz et en jouant sur les températures d'ébullition différentes, ses différents composants sont séparés. [...] Elle est utilisée pour la séparation des composants de l'air.
Les gaz sont ensuite conditionnés dans des bouteilles de différents volumes. Pour la chimie analytique, ce sont généralement des bouteilles de capacité de 2,3 m3. La capacité d'une bouteille est le volume de gaz contenu à la pression P = 1,013 bar et à la température T = 15 °C.
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Doc. 3 Données caractéristiques de gaz
| Gaz | Hélium (\text{He}) | Argon (\text{Ar}) | Diazote (\text{N}_2) |
|---|---|---|---|
| Masse d'une entité (g) | 6\text{,}646 \times 10^{-24} | 6\text{,}636 \times 10^{-23} | 4\text{,}652 \times 10^{-23} |
Masse de gaz dans une bouteille de capacité de 2,3 m3 :
- m(\text{He})= 0,389 kg ;
- m(\text{Ar})= 3,888 kg ;
- m(\text{N}_2)= 2,725 kg.
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Questions
Compétence(s)
RAI/ANA : Associer les unités de mesure à leurs grandeurs correspondantes
RAI/MOD : La quantité de matière
RAI/MOD : La quantité de matière
1. Proposer une hypothèse, en réponse à la problématique posée en introduction.
2. Doc. 3 Déterminer le nombre d'atomes ou de molécules, puis la quantité de matière de chacun de ces gaz dans une bouteille d'une capacité de 2,3 m3.
3. L'hypothèse proposée est-elle validée ?
4. Le volume molaire V_\text{m} est le volume d'une mole de gaz. Déterminer sa valeur dans les conditions T = 15 °C et P = 1{,}013 bar.
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Synthèse de l'activité
Donner la relation mathématique liant la quantité de matière de gaz n_\text{gaz}, le volume de gaz V_\text{gaz} et le volume molaire V_\text{m}.