Chapitre 1 La mole - Première Spé - Chimie PDF

Chapitre 1 La mole. Première Spé I- Quantité de matière. Comme les molécules sont si petites, elles doivent vite être très nombreuses ! Les chimistes ont donc besoin d’une unité de mesure adaptée à ce grand nombre de molécules. Cette unité s’appelle...

Chapitre 1 La mole. Première Spé I- Quantité de matière. Comme les molécules sont si petites, elles doivent vite être très nombreuses ! Les chimistes ont donc besoin d’une unité de mesure adaptée à ce grand nombre de molécules. Cette unité s’appelle la mole. Ainsi, pour pratiquer la chimie, les chimistes doivent dénombrer le nombre d’atomes, d’ions ou de molécules appelés « entités chimiques » (échelle microscopique) présentes dans les échantillons de matière qu’ils manipulent à l’échelle humaine (échelle macroscopique). Définition La mole est la quantité de matière d’un système contenant exactement 6,02.1023 entités chimiques élémentaires (atomes, ions, molécules, etc.) Exemple : Le nombre d’atomes de fer contenu dans un échantillon de masse m = 3,5 g sachant que la masse d’un atome fer est égale à 9,3.10−23 g se calcule ainsi : 3,5 N= −23 = 3,8.1022 atomes 9,3.10 Ces nombres sont si grands que les chimistes ont eu l’idée, pour faciliter le décompte, de regrouper les entités chimiques en « paquets » comme dans la vie courante (Ex : feuilles de papier regroupées en rames de 500 feuilles, œufs regroupés par 6 ou 12 ). Ce paquet appelé mole comporte toujours le même nombre d’entités. Six cent deux mille milliards de milliards... Définition Ce nombre astronomique, c’est le nombre d’Avogadro NA. Il correspond au nombre d’atomes de carbone 12 contenus dans 12 g de carbone 12. NA = 6,02.1023 mol−1 Définition La quantité de matière d’une espèce chimique correspond au nombre de mole de cette espèce chimique. (c’est à dire le nombre de paquets) On la note n et son unité est la mole (mol) Dans un échantillon il y a : N n: Quantité de matière (mol) n= NA NA Nombre d’Avogadro (mol−1) N : Nombre d’entités (sans) où NA = 6,02.1023 mol−1 s’appelle la constante d’Avogadro. II- Masse molaire Une mole contient toujours le même nombre d’entités mais sa masse change selon la nature des entités qui la constituent. 1- Masse molaire atomique La masse molaire atomique d’un élément chimique est la masse d’une mole d’atomes de cet élément à l’état naturel, c’est à dire compte tenu de tous ses isotopes et de leurs abondances relatives. On la notera M ; elle s’exprime en g.mol−1. Définition On appelle masse molaire atomique, la masse d’une mole d’atomes. On la note M. Elle s’exprime en g.mol−1 Exemples : M(H) = 1 g.mol−1 ; M(C) = 12 g.mol−1 ; M(O) = 16g.mol−1 2- Masse molaire moléculaire La masse molaire moléculaire représente la masse d’une mole de molécules. Elle est égale à la somme des masses molaires atomiques des éléments constituant la molécule. Elle est notée M. Elle est égale au rapport de la masse m de molécule sur la quantité de matière de molécules : Définition On appelle masse molaire moléculaire, la masse d’une mole de molécules. On la note M. Elle s’exprime en g.mol−1 Exemples : - la masse molaire moléculaire de l’eau H2O est égale à 2 fois la masse molaire atomique de l’hydrogène M(H), plus une fois la masse molaire atomique de l’oxygène M(O) : M(H2O) = 2.M(H) + 1.M(O) = 18 g.mol−1 Quelle est la masse molaire moléculaire de l’espèce chimique de formule brute C8H8O6 ? M(C8H8O6 ) = 8.M(C) + 8.M(H) + 6.M(O) = 200 g.mol−1 III Calcul de quantité de matière 1- Solide Cette relation permet de prélever un nombre voulu de moles d’une substance sous forme solide, souvent en poudre. m n= M - n : la quantité de matière exprimée en moles (mol) ; - m : la masse de l’échantillon exprimée en grammes (g) ; - M : la masse molaire de l’espèce qui correspond à la masse d’une mole de cette espèce, et s’exprime en gramme par mol (g.mol−1). 2- Liquide Cette formule est utile pour prélever une quantité choisie de matière d’un liquide, connaissant par exemple sa densité que l’on peut relier à la masse volumique. ρ.V n= M Avec : - n : la quantité de matière exprimée en moles (mol) ; - ρ : la masse volumique exprimée en grammes par litre (g.L−1) ; - V : le volume exprimé en Litre (L) ; - M : la masse molaire de l’espèce qui correspond à la masse d’une mole de cette espèce, et s’exprime en grammes par mole (g.mol−1). 3- Gaz Cette relation s’applique aux gaz.  V n= Vm Avec : - n : la quantité de matière exprimée en moles (mol) ; - V : le volume de l’échantillon de gaz exprimé en litre (L) ; - Vm : le volume molaire qui correspond au volume d’une mole de gaz dans les mêmes conditions de tempéra- ture et de pression que celles de l’échantillon, exprimé en litre par mole (L.mol−1). Le volume molaire est employé pour les gaz et dépend donc des conditions de température et de pression. À la pression de 100 kPa (1 bar), il est égal à 22,7 dm3/mol à 0°C et 24,8 dm3/mol à 25°C. 4- Solution a) Concentration en quantité de matière Définition On appelle concentration en quantité de matière C d’un soluté, la quantité de matière n de ce soluté par unité de volume V de solution. n C= V C : la concentration en quantité de matière exprimée en mole par litre (mol.L−1) ; n : la quantité de matière exprimée en moles (mol) ; V : le volume exprimé en litres (L) b) Concentration en masse Définition On appelle concentration en masse Cm d’un soluté, la masse m de ce soluté par unité de volume V de solution. m C m= V Cm :Concentration en masse (g.L−1) m: Masse de soluté (g) V: Volume de solution (L)