COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de 2nd GT

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1 NOM et Prénom de l élève : COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de 2nd GT ① UNITÉ DE QUANTITÉ DE MATIÈRE : LA MOLE ② MASSE ET QUANTITÉ DE MATIÈRE ③ LA CONCENTRATION MOLAIRE OBJECTIFS DES ACTIVITÉS Se familiariser avec une nouvelle unité : la mole. Utiliser cette nouvelle unité dans des calculs simples. Savoir calculer une masse molaire moléculaire. Être capable de convertir une quantité de matière exprimée en moles en masse et vice vers cela. Savoir calculer une quantité de matière pour un liquide. Savoir calculer une concentration molaire et une quantité de matière en soluté à partir d une concentration molaire. 1

2 1- Activité : de l échelle atomique à l échelle humaine Pour compter des objets, il est plus facile de former des paquets, Ces paquets portent des noms que vous connaissez bien. Comme la dizaine, la douzaine et la centaine. Activité 1 On définit «une dizaine» d entités comme un «paquet» contenant 10 entités. 1 dizaine de billes correspond à 10 billes 6 dizaines de billes correspond à.... billes Entités = Objets On définit «une douzaine» d entités comme un «paquet» contenant 12 entités. 1 douzaine d œufs correspond à 12 œufs 3 douzaines d œufs correspond à.. œufs On définit «une centaine» d entités comme un «paquet» contenant 100 entités. 1 centaine de trombones correspond à 100 trombones 2 centaines de trombones correspond à trombones Ces «dizaine», «douzaine», «centaine» d entités permettent de simplifier et de faciliter le décompte d entités. Mais à l échelle microscopique (au niveau des atomes et des molécules) ces quantités seraient énormes. Il faut donc trouver autre chose. Les scientifiques ont donc créé une quantité adaptée pour les atomes ou les molécules. Ce paquet se nomme : la mole entités dans 1 mole Ecrire en toute lettre ce nombre :

3 2- Combien d entités (objets) dans une mole? Les atomes ont une masse extrêmement petite. Pour pouvoir les manipuler facilement, les chimistes regroupent les atomes par paquets. Ce paquet contenant 602 mille milliards de milliards d atomes. Ce très grand nombre est une constante appelée : constante d Avogadro. On définit : Le nombre d entités par mole est égal à la constante d Avogadro noté N A. 1 mole d entités comme un «paquet» contenant NA = 6, entités (objets). Le nombre N d entités d un système est proportionnel à sa quantité de matière Exercice n 1 : Combien d atomes de fer sont contenus dans donc : de fer? Exercice n 2 : Combien de moles de cuivre sont présentent dans un sachet contenant? 3

4 Activité 2 1- La Masse Molaire Atomique pour les éléments chimiques Les chimistes ne vont pas compter les atomes ni les molécules, il est plus simple de les peser. Il va donc avoir une relation de proportionnalité entre la masse et le nombre d atomes. Pour chaque paquet d une mole d atomes correspondra une masse bien définie. On l appelle : Masse molaire atomique. C est la masse d une mole d atomes d un élément chimique. On la note M. Elle s exprime en gramme par mole. (g/mol ou g.mol -1 ). Les masses atomiques de chaque élément est donné dans le tableau périodique des éléments. Prendre votre classification périodique. Vous avez dans chaque case d un élément chimique la masse molaire atomique exprimée en g.mol -1 ce qui signifie g/mol. Exemple : M (H) = 1 g/mol M (C) = 12 g/mol Application: Rechercher la masse atomique des deux éléments suivants : Masse molaire Signification atomique Le fluor (F) M =.. g/mol Le fer (Fe) M =.... g/mol 4

5 2- Masse Molaire Moléculaire pour les molécules Les atomes s assemblent pour former des molécules, la masse molaire moléculaire c est la masse molaire d une mole de molécules. Elle est égale à la somme des masses atomiques des éléments qui compose la molécule. On la note aussi M. Elle s exprime en gramme par mol. (g/mol). Exemple : Calculer les masses molaires moléculaires des molécules suivantes : L eau H 2 O La soude NaOH Le butane C 4 H 10 Le sulfate de Fer FeSO 4 L éthanol C 2 H 6 O 3- Relation entre la masse et la quantité de matière La masse d un échantillon d une espèce chimique et sa quantité de matière sont des grandeurs proportionnelles. Signification d une grandeur proportionnelle : Lorsque la masse d un échantillon augmente, sa quantité de matière augmente aussi. Inversement, lorsque la masse diminue, sa quantité de matière diminue. Partons du problème suivant : Nicolas doit prélever 3 moles d eau, comment va-t-il s y prendre? Pas de chance pour lui il n existe aucun appareil qui mesure des quantités de matière. Par contre Nicolas peut mesurer des masses car il sait que la masse et la quantité de matière sont des grandeurs proportionnelles. 5

6 Résolvons le problème : Nicolas connait la masse d une mole d eau. Elle correspond à la masse molaire (M). Comme il doit peser 3 moles d eau et chaque paquet pèse 18 grammes : 1 mol 18 g 1 mol 18 g 1 mol 18 g Donc la masse totale à prélever sera de : Si l on reprend le calcul on multiplie la quantité de matière par la masse de l eau. Le calcul de proportion peut se poser de la façon suivante : Qté de matière (mol) Masse (g) De la même manière on peut chercher la quantité de matière à partir d une masse. Nicolas pèse sur une balance 110 g d eau. Quelle est la quantité de matière contenue dans cette eau? Qté de matière (mol) Masse (g) Le calcul de proportion peut se poser de la façon suivante : 4- Conclusion En vous aidant des calculs précédents : colorier les bonnes réponses : : Quantité de matière en mole (mol) ; : masse en gramme (g) ; : Masse molaire (g/mol) 6

7 Cette relation de proportionnalité entre la masse (m) et sa quantité de matière (n) se traduit par la formule suivante : symbole Grandeur Unité Quantité de matière La mole (mol) Masse Le gramme (g) Masse molaire atomique gramme par mole g/mol 5- Applications Exercice n 1 ① En vous aidant du tableau périodique des éléments, trouver la masse d une mole de calcium (Ca)? ② Quelle est la masse ( ) de de calcium? ③ Quelle est la quantité de matière ( ) contenue dans de calcium. Exercice n 2 ① En vous aidant du tableau périodique des éléments, trouver la masse d une mole de lithium (Li)? ② Quelle est la quantité de matière ( ) contenue dans ③ Quelle est la masse ( ) de de ce métal. de lithium? 7

8 Exercice n 3 1 Calculer la masse molaire du fluorure de magnésium (MgF 2 ). 2 Calculer la quantité de matière ( ) contenue dans magnésium. 3 Quelle est la masse ( ) de de fluorure de magnésium? de fluorure de Exercice N 4 1 Calculer la masse molaire du dioxyde de carbone (CO 2 ). 2 Quelle est la masse ( ) de dioxyde de carbone contenue dans? 3 Quelle est la quantité de matière ( ) contenue dans de dioxyde de carbone. 8

9 6- Quantité de matière pour un liquide Dans le cas particulier d un corps pur se présentant sous forme liquide de masse volumique ( ), il est parfois plus pratique de mesurer un volume que de peser une masse. Dans ce cas, la quantité de matière est donnée par la relation : donc : alors : Les unités : en mol ; en gramme par cm 3 g/cm 3 ou g.cm -3 ; en gramme par mole g/mol ou g.mol -1. Application : L éthanol a pour formule brute C 2 H 6 O. 1 Calculer la masse molaire moléculaire de cette molécule. 2 Calculer la quantité de matière contenue dans d éthanol. 3 Calculer le volume d éthanol à prélever pour de produit. Donnée : 9

10 Activité 3 1- Définition La concentration molaire (C) d une solution est la quantité de matière exprimée en moles contenue dans un litre de solution. Unité : La mole par litre. symbole Grandeur Unité Concentration molaire En mole par Litre (mol/l) ou (mol.l -1 ) Quantité de matière En mole (mol) Volume de solution En Litre (L) 2- Application Une solution est préparée en dissolvant 0,18 mol de sulfate de cuivre (CuSO 4 ) dans de l eau. Le volume de solution obtenue est égal à 100 ml. 1 Calculer sa concentration molaire de cette solution. 2 On prélève un échantillon de avec une pipette jaugée. Exprimer la quantité de matière ( ) en fonction de la concentration molaire ( ) et du volume ( ) de solution. Calculer la quantité de matière contenue dans cette prise d essais. 10