Chapitre 1


Cours




2
La détermination d’une quantité de matière


A
À partir de la masse (tous les états)

La quantité de matière et la masse d’une même entité chimique X\text{X} sont proportionnelles entre elles, suivant la relation :

n(X)=m(x)M(x)n(\mathrm{X})=\dfrac{m(\mathrm{x})}{M(\mathrm{x})} avec :
  • la quantité de matière n(X)n(\text{X}) en mol ;
  • la masse m(X)m(\text{X}) en g ;
  • la masse molaire M(X)M(\text{X}) en g·mol-1.

Application

Un système chimique présente, entre autres, l’ensemble des quantités de matière de toutes les espèces chimiques. Donner la composition d’un système chimique de 3,5 g de sel (chlorure de sodium NaCl\text{NaCl}) et 4,2 g de fer.

Corrigé :
nsel=mselM(NaCl)=3,558,5=6,0×102n_{\mathrm{sel}}=\dfrac{m_{\mathrm{sel}}}{M(\mathrm{NaCl})}=\dfrac{3{,}5}{58{,}5}=6{,}0 \times 10^{-2} mol ;
nfer=mferM(Fe)=4,255,8=7,5×102n_{\text {fer}}=\dfrac{m_{\text {fer}}}{M(\mathrm{Fe})}=\dfrac{4{,}2}{55{,}8}=7{,}5 \times 10^{-2} mol.

Données

  • M(NaCl)=M(\text{NaCl})= 58,5 g·mol-1;
  • M(Fe)=M(\text{Fe})= 55,8 g·mol-1.

La quantité de matière est indispensable au chimiste pour décrire l’état d’un système chimique et expliquer son évolution. Il n’existe pas d’appareil de laboratoire permettant une mesure directe de sa valeur. Il faut donc la calculer à partir d’une autre mesure simple.


B
À partir du volume (corps pur liquide)

Pour les liquides, dans le cas des corps purs, il peut être plus facile de mesurer un volume. Dans ce cas, on utilise la masse volumique du liquide. La masse d’un liquide est alors le résultat du produit m(X)=ρ(X)V(X)m(\text{X})=\rho(\text{X}) \cdot V(\text{X}).

En remplaçant dans la formule précédente, on obtient :

n(X)=ρ(X)V(X)M(X)n(\text{X})=\rho(\text{X}) \cdot \dfrac{V(\text{X})}{M(\text{X})} avec :
  • la quantité de matière n(X)n(\text{X}) en mol ;
  • la masse volumique ρ(X)\rho(\text{X}) en g·L-1 ;
  • le volume de corps pur liquide V(X)V(\text{X}) en L ;
  • la masse molaire M(X)M(\text{X}) en g·mol-1.

Doc. 4
Mesure expérimentale

Mesure de poids et de volume


2,8 mol de fer solide (a) et 2,8 mol d’eau liquide (b).

Éviter les erreurs

Attention aux unités en chimie : la masse est en g et le volume en L.

Attention à distinguer PP pour pression et ρ\rho pour masse volumique !

C
À partir du volume (corps pur gazeux)

Dans les mêmes conditions de température et de pression, une mole de gaz occupe un volume précis qui ne dépend pas de la nature du gaz considéré. Ce même volume molaire se note VmV_\text{m} et s’exprime en L·mol-1. La relation est alors :

n(X)=V(X)Vmn(\text{X})=\dfrac{V(\text{X})}{V_{\text{m}}} avec :
  • la quantité de matière n(X)n(\text{X}) en mol ;
  • le volume de gaz V(X)V(\text{X}) en L ;
  • le volume molaire Vm(X)V_{\text{m}}(\text{X}) en L·mol-1.

Éviter les erreurs

La masse volumique ρ\rho est une donnée propre à un corps pur et son unité SI est le kg·m-3. Attention donc à bien identifier son unité avant de l’utiliser pour le calcul d’une quantité de matière de liquide.

Pas de malentendu

Lorsque la pression ou la température d’un système varie, alors la valeur du volume molaire varie. Par exemple, à la même pression P=P = 1,013 bar, le volume molaire vaut Vm=V_\text{m} = 22,4 L·mol-1T=T = 0 °C et il vaut Vm=V_\text{m} = 24,0 L·mol-1T=T = 20 °C.

1
La masse molaire


B
Comment se calcule-t-elle ?

La masse molaire d’une entité chimique se détermine à partir des différents éléments chimiques qui la composent.

Pour les espèces chimiques monoatomiques, la masse molaire est directement celle de l’élément telle qu’indiquée dans la classification périodique des éléments.

Pour les espèces chimiques moléculaires, la masse molaire est égale à la somme des masses molaires des éléments constituant la molécules coefficientées par le nombre d’apparition de l’élément dans la molécule.

Pour les ions, la masse molaire est la même que celle de l’espèce neutre associée, la masse des électrons gagnés ou perdus étant toujours négligeable devant la masse de l’entité chimique neutre.
  • M(Al)=27,0M(\text{Al})=27{,}0 g·mol-1. La masse molaire est celle indiquée dans le tableau périodique.
  • La molécule de dioxyde de carbone comporte 1 atome de carbone et 2 atomes d’oxygène :
    M(CO2)=M(C)+2M(O)=12,0+2×16,0=44,0M(\text{CO}_{2})=M(\mathrm{C})+2 M(\mathrm{O})=12{,}0+2 \times 16{,}0=44{,}0 g·mol-1.
  • M(Na+)=M(Na)=22,9M(\mathrm{Na}^{+})=M(\mathrm{Na})=22{,}9 g·mol-1. La masse molaire d’un ion monoatomique est égale à la masse molaire de l’élément.
  • M(SO42)=M(SO4)=M(S)+4M(O)=32,1+4×16,0=96,1M(\mathrm{SO}_{4}^{2-})=M(\mathrm{SO}_{4})=M(\mathrm{S})+4 M(\mathrm{O})=32{,}1+4 \times 16{,}0=96{,}1 g·mol -1.

Remarque : Parfois, les éléments chimiques et entités chimiques peuvent être indiqués en indice et non entre parenthèses après la lettre MM.

Doc. 2
La constante d'Avogadro

Cette constante correspond au nombre d’entités élémentaires qui se trouvent dans une mole de matière.
NAN_{\mathrm{A}} : 6,02 × \times 1023 mol-1.

Le nom de cette constante rend hommage au chimiste Amedeo Avogadro (1776-1856) pour ses travaux quantitatifs sur les gaz. Par usage, on appelle aussi cette constante le nombre d'Avogadro.
Amedeo Avogadro

Supplément numérique

Retrouvez une vidéo sur le calcul des masses molaires des espèces chimiques.

Pas de malentendu

Attention à la rigueur dans l’écriture : distinguer clairement nn et mm, ainsi que mm et MM.
Bien différencier la constante d'Avogadro NAN_\text{A} le nombre d'entités NN(a) pour une espèce a.

A
De quoi s'agit-il ?

La masse molaire est la masse d’une mole d’entités chimiques (atomes, ions ou molécules) identiques. Elle est notée MM et a pour unité le g·mol-1.

Chaque élément chimique naturel ou artificiel possède une masse molaire moyenne disponible dans le tableau périodique des éléments (voir doc. 1 et rabat de fin).

Cette valeur est calculée à partir de la masse et de la répartition des isotopes de cet élément.

Exemple : le chlore est présent majoritairement sous deux formes isotopiques 35Cl^{35}\text{Cl} (75,8%75{,}8\, \%) et 37Cl^{37}\text{Cl} (24,2%24{,}2 \, \%) : la masse molaire de l’élément Cl\text{Cl} est alors de 35,5 g·mol-1. On a ainsi :
MCl=75,8100×35+24,2100×37=35,5 M_{\text{Cl}}=\dfrac{75{,}8}{100} \times 35+\dfrac{24{,}2}{100} \times 37=35{,}5 g·mol-1
Cette valeur est conforme à celle mentionnée dans le tableau périodique des éléments à retrouver sur le rabat de fin du manuel.

Doc. 3
Étiquette d’une bouteille d’éthanol

Éthanol, ou ethyl alcohol

Formule : C2H6O\mathrm{C}_{2} \mathrm{H}_{6} \mathrm{O}
M=M= 46,07 g·mol-1
Teˊb=T_{\text{éb}}= 79 °C
ρ=\rho= 0,789 g·L-1
Pictogramme inflammable

Doc. 1
Le chlore (Cl)(\text{Cl})

Le chlore Cl
Connectez-vous pour ajouter des favoris

Pour pouvoir ajouter ou retrouver des favoris, nous devons les lier à votre compte.Et c’est gratuit !

Se connecter

Livre du professeur

Pour pouvoir consulter le livre du professeur, vous devez être connecté avec un compte professeur et avoir validé votre adresse email académique.

Votre avis nous intéresse !
Recommanderiez-vous notre site web à un(e) collègue ?

Peu probable
Très probable

Cliquez sur le score que vous voulez donner.

Dites-nous qui vous êtes !

Pour assurer la meilleure qualité de service, nous avons besoin de vous connaître !
Cliquez sur l'un des choix ci-dessus qui vous correspond le mieux.

Nous envoyer un message




Nous contacter?