Détermination de quantités de matière

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1 Chiie chapitre Déterination de quantités de atière A. Prélever des quantités de atière Activités préparatoires Doc. 1 Étiquette présente sur un flacon de butanone. On souhaite prélever une quantité n = 0,10 ol de butanone C 4 H 8 O de asse voluique µ égale à 0,805 g L Exainer les pictograes présents sur l étiquette d un flacon de butanone [Doc. 1] et en déduire les précautions à prendre lors du prélèveent.. Déteriner la asse, puis le volue correspondant à ce prélèveent. 3. Donner le no du atériel présenté sur le docuent. 4. Proposer un protocole perettant d effectuer le prélèveent. > oir 1. du cours, p. 8 B. Interpréter une analyse de sang Doc. Matériel de laboratoire. Pour pouvoir établir un diagnostic, le édecin peut prescrire des analyses qui sont effectuées dans des laboratoires spécialisés. Quelles sont les grandeurs indiquées sur le résultat d une analyse édicale? Objectif Déteriner les quantités de atière d espèces chiiques, solides, liquides, gazeuses ou en solution. Doc. 3 Résultat d une analyse de sang. 6 7 Le résultat de l analyse édicale [Doc. 3] coporte, pour une êe espèce, différentes valeurs nuériques, les unes expriées en g L 1, les autres en ol L 1. Ainsi, pour l urée, il est indiqué 0,3 g L 1 et 5,3 ol L Quelles sont les grandeurs associées à ces valeurs?. En utilisant le odèle oléculaire de l urée [Doc. 4], déteriner sa forule brute. En déduire sa asse olaire. 3. Quelle relation existe-t-il entre les valeurs indiquées? > oir 3 du cours, p. 31 Doc. 4 Modèle oléculaire de l urée. Coent déteriner des quantités de atière?

2 Cours 1. Coent déteriner une quantité de atière? 1.1 Masse et quantité de atière Activité 1 Quelle est la relation entre la asse et la quantité de atière? Un échantillon de glucose C 6 H 1 O 6 a une asse (G) =,50 g [Doc. 1]. 1. Calculer la asse olaire M(G) du glucose.. Déteriner la quantité n(g) de glucose contenu dans l échantillon. > Exploitation Par définition : La asse olaire oléculaire d une espèce chiique oléculaire A représente la asse d une ole de ses olécules. Elle est égale à la soe des asses olaires atoiques des atoes présents dans la olécule et s exprie en g ol 1. Pour le glucose : M(G) = 6 M(C) + 1 M(H) + 6 M(O) = 6 1, , ,0 = 180,0 g ol 1 D après la définition précédente : La asse (A) d un échantillon d une espèce chiique A et sa quantité de atière n(a) sont reliées par la relation : (A) n(a) = ou (A)= n(a) (1) g ol g ol 1 (G),50 Ici n(g) = soit n(g) = = 1,39 10 ol = 13,9 ol. M(G) 180,0 1. olue et quantité de atière Le prélèveent d une espèce chiique liquide s effectue, le plus souvent, à l aide de verrerie graduée ou jaugée [Doc. ]. La déterination du volue à prélever nécessite alors l utilisation de la asse voluique ou de la densité de l espèce considérée. La asse voluique µ d un corps est égale au quotient de sa asse par son volue. g g L 1 µ = () L Pour une espèce chiique A : (A) = µ(a) (A) et n(a) = (A) d où n(a) = µ(a) (A) (3) 8 Doc. 1 Matériel nécessaire au prélèveent d une espèce solide. Une ole d atoes, de olécules, d ions... est la quantité de atière d un systèe contenant 6, atoes, olécules, ions... Doc. erreries graduées et jaugées perettant le prélèveent de volue précis. Ainsi, le volue de butanone nécessaire au prélèveent souhaité à n M l activité préparatoire A est égal à = d où = 8,9 L. µ Ce prélèveent s effectue avec une burette ou une pipette graduées. Activité. Coent utiliser la densité d une espèce par rapport à l eau? Lors de la synthèse de l acétate de benzyle [Doc. 3], on utilise un volue (ol) = 0,0 L d alcool benzylique de densité par rapport à l eau d(ol) = 1,04 et de asse olaire M(ol) = 108,14 g ol 1. La asse voluique de l eau µ 0 est égale à 1,00 g L 1. Quelle est la quantité n(ol) d alcool benzylique utilisé? > Exploitation La relation (3) peret, en notant µ(ol) la asse voluique de l alcool, d exprier la quantité n(ol) d alcool benzylique : µ(ol) (ol) n(ol) = M(ol) La asse voluique de l alcool s obtient à partir de sa densité d(ol) par rapport à l eau : µ(ol) = µ 0 d(ol). µ La quantité n(ol) s écrit alors : n(ol) = 0 d(ol) (ol) M(ol) 1,00 1,04 0,0 n(ol) = 108,14 soit en respectant les nobres de chiffres significatifs, ici trois, n(ol) = 0,19 ol. De façon générale, la quantité n(a) d une espèce A s obtient à partir de la donnée de sa densité d(a) par rapport à l eau par la relation : µ n(a) = 0 d(a) (A) > Pour s entraîner : Ex. 1 et Coent déteriner une quantité d espèce gazeuse?.1 Équation du gaz parfait Activité 3 Coent utiliser l équation du gaz parfait? Un airbag, ou coussin gonflable, est constitué d une enveloppe souple susceptible d être gonflée par le diazote gazeux produit lors d une transforation chiique. Au cours d un choc, un détonateur déclenche la réaction et donc le gonflage du coussin [Doc. 4]. Son volue vaut alors = 90 L sous une pression P = 1, Pa, à la tepérature θ = 30 C. Quelle est la quantité de diazote foré? Déterination de quantités de atière 9 Doc. 3 L un des constituants de cette eau de toilette est l acétate de benzyle, présent dans les fleurs de jasin. u au chapitre 1 La densité d d un corps par rapport à l eau est égale au quotient de la asse de ce corps par la asse 0 d un êe volue d eau : d = 0 D après la relation () : = µ et 0 = µ 0 On en déduit : µ µ d = = µ 0 µ 0 ou µ = d µ 0 (4) Doc. 4 Le gonflage rapide de l airbag assure la protection de l autoobiliste en cas de choc.

3 Cours > Exploitation Le diazote étant assiilé à un gaz parfait, on peut calculer la quantité n(n ) à l aide de l équation du gaz parfait*. Pour un gaz parfait, la quantité de atière n, la tepérature T, la pression P et le volue sont reliés par l équation du gaz parfait 1 : Pa P = n R T ou n = P R T (5) 3 ol K On en déduit la quantité de diazote contenu dans l airbag : n(n ) = 1, = 4,6 ol. 8,314 ( ). olue olaire Le volue olaire d une espèce est le volue occupé par une ole de cette espèce. D après l équation du gaz parfait, le volue olaire d un gaz est égal à R T ; il est indépendant de la nature du gaz. P Le volue olaire d un gaz dépend des conditions de tepérature et de pression [Doc. 5]. Ainsi, à la tepérature θ = 5 C et pour une pression P = 1, Pa : 8,314 (73 + 5) = = 0,048 3 ol 1 = 4,8 L ol 1. 1, D après la définition du volue olaire, la quantité de atière n d une espèce est liée à son volue par la relation : ol n = L (6) L ol 1.3 Densité d un gaz par rapport à l air La densité d d un gaz, par rapport à l air, est égale au quotient de la asse d un volue de gaz par la asse air du êe volue d air, et air étant esurées dans les êes conditions de tepérature et de pression : d = (7) D après les définitions : de la asse olaire (1) : = n M de la asse voluique () et du volue olaire (6) : air = µ air = µ air n n M M Il en découle : d = = µ air n µ air La densité d un gaz par rapport à l air peut être utilisée pour déteriner la asse olaire de ce gaz. > Pour s entraîner : Ex. 4 air 30 Unités 1 bar = 10 5 Pa = 10 3 hpa 1 3 = 10 3 d 3 = 10 3 L 1 3 = 10 6 c 3 = 10 6 L T(K) = θ ( C) + 73 Pa est le sybole du pascal* et K celui du kelvin*. 1. R est la constante du gaz parfait. R = 8,314 u.s.i. Doc. 5 L augentation, avec la tepérature, du volue d air qui gonfle ces ontgolfières est à l origine de leur ascension.. Pour toutes valeurs de la tepérature et de la pression : µ air = 9 g ol 1 d où : d = M 9 g ol 1 g ol 1 3. Coent déteriner la quantité d un soluté oléculaire en solution? Une solution aqueuse* est obtenue par dissolution d espèces chiiques, appelées solutés*, dans de l eau. Par définition : La concentration olaire d un soluté oléculaire A dissous dans une solution hoogène est égale au quotient de la quantité n (A) de A dissous par le volue de solution. ol ol L 1 n (A) C(A) = (8) L La quantité de soluté en solution s en déduit : n (A) = C (A) Il est alors possible d établir la relation entre les concentrations assique t (A) et olaire C(A) : (A) n(a) n(a) t(a) = = = = C(A) t (A) t (A) = C (A) ou C (A) = (9) g L 1 ol L 1 g ol 1 Dans le cas de l analyse édicale, étudiée dans l activité préparatoire B, t 0,3 pour l urée : C = = = 0,0053 ol L 1 = 5,3 ol L 1. M 60,0 Exercice d entraîneent Solution de saccharose On souhaite préparer un volue = 50,0 L d une solution aqueuse de saccharose C 1 H O 11 de concentration olaire C = 1,0 10 ol L Déteriner la asse de saccharose à peser.. Décrire le ode opératoire de cette préparation en choisissant le atériel nécessaire à l aide du docuent D après les définitions : - de la asse olaire (1) = n M - de la concentration olaire (8) n = C on en déduit : = C M. Or M = 1M(C) + M(H) + 11M(O) M = 34,0 g ol 1 = 1, , ,0 = 1,03 g. > Pour s entraîner : Ex. 7 Déterination de quantités de atière 31 Doc. 6 Matériel nécessaire à la préparation d une solution par dissolution d une espèce solide. Le résultat est donné avec trois chiffres significatifs coe la donnée la oins précise.. Placer une capsule sur le plateau de la balance et agir sur le bouton «tare» pour aener l affichage à zéro. À l aide d une spatule propre et sèche, déposer dans la capsule la asse calculée. Introduire, à l aide d un entonnoir à solide, le solide dans une fiole jaugée de 50,0 L. Rincer la capsule et l entonnoir avec de l eau distillée tout en replissant la fiole aux trois quarts. Boucher et agiter pour dissoudre le solide. Ajouter de l eau distillée à la pissette, puis à la pipette siple pour teriner au niveau du trait de jauge. Reboucher la fiole et la retourner plusieurs fois pour bien hoogénéiser la solution.

4 Rechercher et expérienter chapitre et expérienter Objectif Réaliser et exploiter une échelle de teintes pour déteriner la concentration d une eau de Javel. Des concentrations expriées en degré! Pour de nobreuses substances courantes, la concentration d une espèce chiique est parfois indiquée en degré. La définition du degré est alors spécifique de l espèce chiique considérée. 1. Quelques exeples de degrés de produits courants > Degré alcoolique d une boisson alcoolisée Les boissons alcoolisées contiennent de l éthanol, C H 6 O. Le degré alcoolique est indiqué sur l étiquette : il correspond au volue d éthanol, exprié en illilitre, contenu dans 100 L de boisson. On peut ainsi attribuer le degré alcoolique 0 à l eau et 100 à l éthanol pur. > Degré d acidité d un vinaigre Le vinaigre contient de l acide éthanoïque, C H 4 O, résultant de la transforation de l éthanol sous l action du dioxygène de l air. L acidité d un vinaigre est liée à sa concentration en acide éthanoïque. Cette valeur est indiquée en degré d acidité [Doc. 1] : elle correspond à la asse, expriée en grae, d acide éthanoïque dans 100 g de vinaigre. > Degré hydrotiétrique d une eau L eau contient, entre autres, des ions calciu Ca + (aq) et agnésiu Mg + (aq). La dureté d une eau est liée à sa concentration en ions Ca + (aq) et Mg + (aq). I. Copréhension du texte Doc. 1 Degré d acidité d un vinaigre. 1. En s aidant d un dictionnaire, expliquer le sens des ots en italique dans le texte : corrosion, entartrage.. Quel éléent étallique toxique, à l origine du saturnise, trouve-t-on dans des canalisations anciennes? II. Exploitation du texte 1. Calculer la concentration assique en éthanol dans une boisson alcoolisée de 1. En déduire la concentration olaire. Donnée Masse voluique de l éthanol : µ 1 = 0,79 g L 1. Pour caractériser cette dureté, on définit le degré hydrotiétrique ( TH). En notant C la soe des concentrations olaires en ions Ca + (aq) et Mg + (aq), expriée en ol L 1, la dureté, expriée en degré TH, est égale à 10 C. Une eau douce, de dureté inférieure à 10 TH, n apporte pas suffisaent de calciu et de agnésiu à l organise. Elle peut en outre favoriser la corrosion des canalisations étalliques. Une eau dure, de dureté supérieure à 30 TH, provoque la précipitation du savon et diinue son pouvoir nettoyant. Elle est aussi à l origine de l entartrage des canalisations. Pour atténuer ces effets, on peut utiliser des doses anticalcaires [Doc.] ou un adoucisseur d eau [Doc. 3]. Doc. Doses anticalcaires. Doc. 3 Adoucisseur d eau.. Calculer la concentration assique en acide éthanoïque dans un vinaigre de 7,0. En déduire la concentration olaire. Donnée Masse voluique du vinaigre : µ = 1,0 g L Quelle serait la valeur de la concentration C, définie dans le texte, pour une eau d une dureté de 100 TH? 4. Justifier l affiration suivante : 1,0 TH correspond à la présence dans une eau de 10 g de carbonate de calciu CaCO 3 dissous dans un litre. Travaux Pratiques. Déterination du degré chloroétrique d une eau de Javel.1 Définition L eau de Javel est obtenue par réaction entre le dichlore et l hydroxyde de sodiu en solution aqueuse. L équation de la réaction s écrit : Cl (g) + Na + (aq) + HO (aq) ClO (aq) + Na + (aq) + Cl (aq) + H O( ) Pour caractériser une eau de Javel, on définit son degré chloroétrique ( Chl) : il est égal au volue de dichlore gazeux, exprié en litre, utilisé pour obtenir 1,0 L de cette eau de Javel. Ce volue est esuré sous une pression de 1,013 bar et à une tepérature de 0 C. Doc. 4 Conseils de conservation d une eau de Javel. 1. Montrer que, pour une eau de Javel à 48 Chl, la concentration en ion ClO (aq) vaut : C 0 =,1 ol L 1.. Conservation de l eau de Javel La durée de conservation d une eau de Javel est liitée. En effet, la concentration en ion ClO (aq) diinue au cours du teps.. À l aide des indications figurant sur le docuent 4, préciser quel facteur accentue cette évolution. L étude qui suit a pour objectif de ettre en évidence le «vieillisseent» d une eau de Javel..3 Principe de l étude En présence d un indicateur coloré, l orthotolidine acidifiée, une solution contenant des ions ClO (aq), se colore en jaune. L intensité de la coloration dépend de la concentration en ion ClO (aq). Une échelle de teintes est réalisée à partir d une eau de Javel récente. La concentration d une eau de Javel ancienne est ensuite déterinée par coparaison..4 Protocole opératoire > Échelle de teintes L eploi de l indicateur coloré nécessite des solutions très diluées en ion hypochlorite. Une eau de Javel récente S 0, contenue dans une dose, a été diluée 4, fois. 3. Décrire la préparation, en deux étapes, de 1,00 L de solution diluée (S). 4. Déteriner la concentration olaire C en ions ClO (aq) dans la solution (S) à partir du degré chloroétrique de la solution S 0. À partir de (S), on veut préparer, dans des tubes à essai, sept solutions filles, de êe volue = 10,0 L, de concentration olaire C i en ion hypochlorite et de facteurs de dilution F i indiqués dans le tableau suivant : N du tube F i i (S) i (eau) C i /4 3/ 5/3 7/3 5/ 3 10,0 5. Recopier et copléter ce tableau. 6. Indiquer la verrerie à utiliser pour esurer i (S) et i (eau). Préciser le ode opératoire. Après accord du professeur, préparer les solutions. > Eau de Javel ancienne Le professeur a préparé, à partir d une eau de Javel S 0, achetée depuis plusieurs ois, une solution diluée 4, fois notée S. erser dans un tube à essai identique aux précédents 10 L de solution S. Ajouter 5 gouttes d orthotolidine aux neuf tubes et hoogénéiser. 7. a. En déduire un encadreent de la concentration olaire en ion ClO (aq), puis un encadreent du degré chloroétrique des solutions S et S 0. b. Coparer le degré chloroétrique des eaux de Javel S 0 et S 0 et conclure. 3 33

5 Savoir Retenir l essentiel Déteriner la quantité n(a) d une espèce A À partir de sa asse (A) et de sa asse olaire : n(a) = (A) ou (A) = n(a) g ol g ol 1 En utilisant la asse voluique µ(a) et son volue (A): g L 1 g µ(a) = (A) d où : n(a) = (A) = (A) L À l aide de sa densité par rapport à l eau d (A) et de la asse voluique de l eau µ 0 : n(a) = µ 0 d(a) (A) µ(a) (A) Savoir S autoévaluer Déteriner une quantité de atière Données : asses olaires atoiques en g ol 1 : M(H) = 1,0 ; M(C) = 1,0 ; M(N) = 14,0; M(O) = 16,0. b Recopier et copléter le tableau suivant. Espèce eau éthanol paracétaol Forule C H 6 O C 8 H 9 O N Masse (g) 3,6 0,63 Masse olaire (g ol 1 ) Quantité de atière n (ol) 0,1 C L acide acétique pur C H 4 O est un liquide de asse voluique µ = 1,05 g L 1. Calculer la quantité d acide acétique contenu dans un prélèveent de volue =,0 L. D On souhaite prélever une quantité n = 0,1 ol de propanone C 3 H 6 O liquide, de asse voluique µ = 0,79 g L 1. Quel volue doit-on prélever? Quelle verrerie peut-on utiliser? Déteriner la quantité n d une espèce gazeuse À l aide de l équation du gaz parfait : Pour un gaz parfait, la quantité de atière n, la tepérature T, la pression P et le volue sont reliés par l équation du gaz parfait : Pa P = n R T ou n = P R T 3 ol K À l aide du volue olaire : ol n = L L ol 1 1 bar = 10 5 Pa = 10 3 hpa 1 3 = 10 3 d 3 = 10 3 L 1 3 = 10 6 c 3 = 10 6 L T(K) = θ ( C) + 73 Déteriner la quantité n d une espèce gazeuse Données : asse olaire atoique : M(He) = 4,0 g ol 1 ; R = 8,314 u.s.i. E Sous une pression P = 1, Pa, un échantillon de dioxygène occupe, à C, un volue de 0,31 L. Calculer la quantité de dioxygène contenu dans cet échantillon. F L enveloppe d un ballon stratosphérique contient une asse = 5,1 10 g d héliu gazeux He. 1. Calculer la quantité d héliu contenu dans le ballon.. Calculer son volue à une altitude de 6 k si la tepérature vaut 10 C et la pression 4, Pa. G Dans les conditions de tepérature et de pression où le volue olaire vaut 4,0 L ol 1, calculer le volue occupé par 0,5 ol de diazote gazeux. Le volue olaire et la asse olaire d une espèce gazeuse sont reliés à la densité d du gaz par rapport à l air : d = M µ air avec µ air la asse voluique de l air. Déteriner la quantité n(a) d un soluté oléculaire en solution À l aide de sa concentration olaire C(A) et du volue de la solution : ol L 1 C(A) = n(a) ol L À l aide de sa concentration assique t(a) : g L 1 t(a) = C(A) d où n(a) = ol L 1 g ol 1 34 ou n(a) = C(A) t(a) Déteriner la quantité d un soluté oléculaire en solution Données : asses olaires atoiques en g ol 1 : M(H) = 1,0 ; M(C) = 1,0 ; M(O) = 16,0; M(I) = 16,9. H Recopier et copléter le tableau suivant. Soluté diiode I glucose C 6 H 1 O 6 saccharose C 1 H O 11 Concentration olaire (ol L 1 ) 0,100 Quantité de atière (ol) 0,0300 4,00 10 olue de la solution (L) Masse de soluté (g) Concentration assique (g L 1 ) 0,0 I Décrire avec précision le ode opératoire de la préparation d un volue = 50,0 L d une solution d acide benzoïque, C 7 H 6 O, de concentration olaire C = 1,6 10 ol L > Réponses, page 306

6 Savoir Aborder les difficultés du chapitre Savoir Résoudre un exercice Objectif Déteriner une quantité de atière, une concentration olaire et un volue gazeux. 1. Coent déteriner la concentration olaire d un soluté oléculaire dans une solution? Coent déteriner la concentration olaire C d acide forique H CO dans une solution aqueuse, de densité par rapport à l eau d = 1,18 et dont le pourcentage assique en acide forique vaut P = 80,0 %? Donnée : asse voluique de l eau µ eau = 1, g L 1. Rappeler la définition de la concentration olaire C En notant n la quantité d acide forique contenu dans le volue de solution S : n C = Utiliser la relation entre la quantité de soluté et sa asse En notant M la asse olaire de l acide forique : n = d où C = M M Utiliser le pourcentage assique P Pour un volue, les asses de soluté et sol de solution sont reliées par : = P sol P On en déduit : C = sol M Utiliser la asse voluique µ sol et la densité d de la solution Par définition : sol = µ sol et µ sol = d µ eau P µ Il en découle : C = sol P µ = sol P d µ = eau P d µ = eau M M M M(H) + M(C) + M(O) Faire l application nuérique en tenant copte du nobre de chiffres significatifs Avec P = 80,0 % soit P = 0,800 0,800 1,18 1,00 10 C = 3 = 0,5 ol L 1. 1,0 + 1,0 + 16,0. Coent préparer une solution par dilution? Coent déteriner le volue de solution S d acide forique de concentration C = 0,5 ol L 1 à prélever pour obtenir un volue 1 = 100,0 L de solution S 1 de concentration C 1 =,0 ol L 1? Preière éthode : utiliser la conservation de la quantité de soluté lors de la dilution La quantité n d acide forique dissous dans le volue de solution est égale à la quantité n 1 d acide forique présent dans la solution diluée : n = n 1. Or n = C et n 1 = C 1 1 C On en déduit : C = C 1 1 d où = 1 1,0 100,0 = = 9,8 L. C 0,5 Deuxièe éthode : utiliser le facteur de dilution Par définition, le facteur de dilution, toujours supérieur à 1, est tel que : F = 1 C = C C,0 100,0 d où = = = 9,8 L. C 0,5 36 Énoncé Conseils 1. Revoir la définition de la solubilité aux prérequis, page 8, et utiliser la définition de la concentration olaire. Prendre garde aux unités.. Utiliser l équation du gaz parfait en étant vigilant sur les unités et les nobres de chiffres significatifs. 3. Faire attention aux unités et ne pas confondre volue de gaz et volue de solution. Solubilité du dioxygène dans l eau Le dioxygène est faibleent soluble dans l eau. Cette propriété est fondaentale pour la vie aquatique. À la tepérature θ = 10 C, sous une pression en dioxygène P = hpa, la asse axiale ax de dioxygène pouvant être dissous dans 1,00 3 d eau est de 55,0 g. 1. Calculer la quantité axiale n ax de dioxygène dissous dans un volue = 1,00 3 d eau. En déduire, en ol L 1, la solubilité s du dioxygène à cette tepérature.. Calculer le volue axial ax de dioxygène dissous dans 1,00 3 d eau. 3. À la tepérature θ = 30 C, sous une pression en dioxygène de 1013 hpa, le volue axial dissous dans un volue = 1,00 3 d eau vaut ax = 30,0 L. Calculer la solubilité s du dioxygène à cette tepérature. Coent varie la solubilité du dioxygène avec la tepérature? Donnée : R = 8,314 u.s.i. > Pour s entraîner : Ex. 5 et 10 Solution 1. La quantité axiale de dioxygène dissous se calcule grâce à la relation : n ax = ax M (O ) 55,0 soit : n ax = = 1,7 ol. 3,0 La solubilité s est égale à la concentration axiale en dioxygène dissous : n s = ax soit : s = 1,7 = 1, ol L 1. 1, Le dioxygène peut être considéré coe un gaz parfait. Le volue ax de dioxygène dissous découle donc de l équation du gaz parfait : n ax = ax R T n = ax R (θ + 73) P P ax = 1,7 8,314 ( ) = 3, = 39,9 L. 1, En utilisant à nouveau l équation du gaz parfait, on déterine la quantité axiale de dioxygène dissous à la tepérature de 30 C : n ax = ax P = ax P R T R (θ + 73) n ax = (30, ) (1, ) = 1,1 ol. 8,314 ( ) La solubilité s vaut donc : n s = ax = 1,1 = 1, ol L 1. 1, À pression constante, la solubilité du dioxygène dans l eau diinue lorsque la tepérature augente. 37

7 Exercices Déterination de quantités de atière Utiliser, si nécessaire, les asses olaires atoiques données dans la Classification sur les rabats de couverture. Tous les gaz sont supposés parfaits et on prendra R = 8,314 u.s.i. Applications directes Déteriner une quantité de atière ( 1 du cours) 1. Calculer des quantités de atière Un coprié d Alka-Seltzer contient 34 g d acide acétylsalicylique, C 9 H 8 O 4, 1 65 g d hydrogénocarbonate de sodiu, NaHCO 3 et 965 g d acide citrique, C 6 H 8 O Calculer les asses olaires de ces différentes espèces chiiques.. En déduire les quantités de atière correspondantes. 3. a. Calculer la asse d éléent sodiu présent dans un coprié. b. Justifier l indication 445 g de sodiu par coprié présente sur la notice.. Déteriner un volue, une asse ou une quantité de atière Recopier et copléter le tableau suivant. Liquide Forule Masse voluique (g L 1 ) olue (L) Masse (g) Quantité n (ol) 3. Utiliser des densités et des asses voluiques Recopier et copléter le tableau suivant. Les densités sont définies par rapport à l eau de asse voluique µ eau = 1,00 g L 1. No Forule Masse voluique (g L 1 ) Densité d olue (L) Masse (g) Quantité n (ol) acide alcool benzaldéhyde éthanoïque benzylique C H 4 O C 7 H 6 O C 7 H 8 O 1,05 1,05 1,04 0,100 cyclohexane éthanol acétate d isoayle C 6 H 1 C H 6 O C 7 H 14 O 0,78 0,87 1,6 1 0,79 5,0 15,0 0,060 Déteriner la quantité d une espèce gazeuse ( du cours) 4. Utiliser l équation du gaz parfait Lors de la réaction entre une solution d acide chlorhydrique et le zinc, on recueille un volue = 35,0 L de dihydrogène sous une pression P = 1,010 bar et à une tepérature θ = 1,0 C. 1. Calculer la quantité de dihydrogène obtenu.. En déduire la asse correspondante. 5. Calculer une pression, une asse ou une quantité de atière gazeuse (voir l exercice résolu) Recopier et copléter le tableau suivant. Gaz Pression P (kpa) olue (L) Tepérature θ ( C) Masse (g) Quantité n (ol) dihydrogène 6. Utiliser la densité d un gaz 1. Déteriner le volue olaire d un gaz à la tepérature θ = 17 C et sous la pression P = 1, Pa.. a. Rappeler la définition de la densité d un gaz par rapport à l air. dioxyde de carbone,0 0,500 b. Calculer la densité par rapport à l air des gaz suivants : dihydrogène, dioxygène, dioxyde de carbone, héliu. Dans les conditions de l expérience µ air = 1,0 g L 1. c. Quels sont, pari les gaz précédents, ceux qui sont utilisables pour gonfler un ballon sonde? Déteriner la quantité d un soluté oléculaire en solution ( 3 du cours) 7. Utiliser la relation entre les concentrations assique et olaire Le résultat d une analyse de sang d un patient porte, entre autres, les indications suivantes. Cholestérol : 1,81 g L 1 valeurs liites : 3,89 ol L 1 ; 5,70 ol L 1 dioxyde de soufre ,10 0,00 4, Calculer la asse olaire du cholestérol C 7 H 46 O.. Calculer la concentration olaire du cholestérol dans le sang. Ce patient a-t-il un taux de cholestérol correct? 8. Déteriner des concentrations olaires Une boisson énergétique pour sportifs, particulièreent adaptée aux efforts d endurance, est obtenue en dissolvant 790 g de poudre dans de l eau pour obtenir 5,0 L de solution. Sur l étiquette on lit : 100 g de poudre contiennent, entre autres, 47,5 g de vitaine C et 0,95 g de vitaine B Calculer les asses olaires oléculaires des vitaines C, C 6 H 8 O 6 et B 1, C 1 H 17 ON 4 SCl.. Déteriner les quantités de vitaines C et B 1 présentes dans 100 g puis dans 790 g de poudre. 3. Déteriner les concentrations olaires de ces vitaines dans la boisson préparée. 4. Au cours d une copétition, un athlète boit,4 L de cette boisson. Calculer les asses de vitaines C et B 1 absorbées. Utilisation des acquis 9. Solution de glucose (voir les difficultés du chapitre) On souhaite préparer un volue = 500 L d une solution S de glucose, C 6 H 1 O 6 de concentration C =,50 10 ol L Quelle asse de glucose faut-il peser?. Décrire le protocole perettant de préparer, à partir de la solution S, un volue = 100,0 L de solution S de concentration C = 5, ol L Conservateur (voir l exercice résolu) L acide benzoïque est utilisé, dans certaines boissons rafraîchissantes, coe conservateur. Il porte le code E10. C est un solide blanc de forule brute C 7 H 6 O. Sa solubilité dans l eau vaut,4 g L 1 à 5 C. 1. Rechercher les définitions de la solubilité et d une solution saturée.. Quelle est la concentration olaire de l acide benzoïque dans une solution saturée? 11. Solubilité du diiode Le diiode I est une espèce chiique peu soluble dans l eau, sa solubilité vaut s 1 = 0,34 g L 1 à 5 C. La solution obtenue est orange (a). Il est plus soluble dans le cyclohexane (solubilité s = 8 g L 1 à 5 C). La solution obtenue est rose violacée (b). La asse voluique du cyclohexane, solvant non iscible à l eau, vaut µ = 0,78 g c 3. (a) (b) 1. Peut-on, à 5 C, dissoudre 100 g de diiode dans 150 L : a. d eau ; b. de cyclohexane?. Calculer la concentration olaire axiale du diiode dans : a. l eau ; b. le cyclohexane. 3. Expliquer coent extraire le diiode d une solution aqueuse. Quelle verrerie doit-on utiliser? La dessiner en indiquant les différentes phases observées. 1. Solution d éthanol Une solution aqueuse S 1 d éthanol à 95 % en volue contient 95 L d éthanol de forule C H 6 O dans un volue de 100 L de solution. La densité de l éthanol pur est d = 0,79. Le pictograe ci-contre figure sur le flacon. 1. Calculer la asse d éthanol dans 100 L de solution S 1.. Quelle est la concentration olaire C 1 de l éthanol dans cette solution? 3. On souhaite préparer, à partir de cette solution, un volue = 100,0 L de solution S d éthanol à 70 %. a. Calculer le volue 1 de solution S 1 à prélever. b. Décrire le ode opératoire de cette préparation en précisant les règles de sécurité à suivre. Donnée Masse voluique de l eau µ 0 = g L Antigel * (voir les difficultés du chapitre) Le liquide, utilisé dans les circuits de refroidisseent des oteurs de voitures, contient un antigel. C est une solution aqueuse de glycol de forule brute C H 6 O. Une solution S 1 d antigel, liquide jusqu à 35 C, contient 46 % en asse de glycol. Sa densité par rapport à l eau est d 1 = 1, Calculer la concentration olaire du glycol dans cette solution S 1.. Par dilution, on obtient une solution S d antigel, contenant 36 % en asse de glycol, qui reste liquide jusqu à 5 C. Indiquer coent préparer un litre de solution S à partir de la solution S 1. Donnée : Masse voluique de l eau µ 0 = g L Solution d acide éthanoïque ** (voir les difficultés du chapitre) Une solution S 0 d acide éthanoïque C H 4 O a une densité par rapport à l eau d = 1,05. Le pourcentage assique en acide éthanoïque vaut P = 90,0 %. 1. Calculer la concentration olaire C 0 de l acide éthanoïque dans cette solution.. On dilue cette solution 00 fois de façon à obtenir un volue = 100 L de solution diluée. Décrire, avec précision, le protocole expériental de cette dilution en indiquant les précautions à prendre sachant que la solution S o est corrosive. 3. Quel volue de solution S o faut-il prélever pour obtenir une solution de degré d acidité égal à 7,0, de volue = 1,0 L et de asse voluique µ = 1,01 g L 1? Donnée : Masse voluique de l eau µ 0 = 1, g L

8 Exercices Déterination de quantités de atière 15. Solution d eau oxygénée Ce flacon contient une solution d eau oxygénée de forule H O dite à 130 volues. Un volue de 1,0 L de cette solution d eau oxygénée produit, lors de sa décoposition, 130 L de dioxygène sous une pression de 1,0 bar et à une tepérature de 0 C. 1. Quelles sont les significations des pictograes figurant sur l étiquette du flacon? En déduire les précautions à prendre lors de l utilisation de cette solution.. Calculer la quantité de dioxygène produit lors de la décoposition de l eau oxygénée contenue dans un volue 0 = 0,15 L de cette solution. 3. La décoposition de l eau oxygénée a pour équation : H O (aq) H O( ) + O (g) Calculer la concentration C 0 d eau oxygénée dans la solution. 16. Utilisation d un briquet Certains briquets contiennent du butane liquide, C 4 H Déteriner le volue du briquet considéré coe un parallélépipède dont les diensions intérieures sont de 5,0 c,,0 c et 1,0 c. En déduire le volue occupé par le butane liquide sachant que celui-ci replit le briquet aux trois quarts.. Dans les conditions de l étude, la asse voluique du butane liquide est de 580 kg 3. Quelle est la quantité de butane liquide contenu dans le briquet? 3. Dans les conditions habituelles d utilisation, le volue olaire gazeux est de 4 L ol 1 et le volue de butane gazeux consoé à chaque usage est de 0 L. Déteriner le nobre axial d utilisations du briquet. 17. Forule d un hydrocarbure À la tepérature θ = 0 C et sous une pression P = 1, Pa, un hydrocarbure gazeux de forule C n H n + a une densité par rapport à l air d =, Calculer le volue olaire des gaz dans les conditions étudiées.. Déteriner la asse olaire de l hydrocarbure. 3. En déduire sa forule brute. 4. Quelles sont les forules sei-développées envisageables pour cet hydrocarbure? Donnée : asse voluique de l air dans les conditions de l étude µ air = 1,1 g L 1. Exercices expérientaux ou docuentaires 18. Les phéroones Une phéroone est une espèce naturelle très spécifique. Éise en quantité infinitésiale dans l atosphère par un anial, elle provoque un changeent de coporteent lorsqu elle est absorbée par un anial de la êe espèce. Le bobykol, de forule brute C 16 H 30 O, est le principal constituant de la phéroone d attraction sexuelle du bobyx. La feelle libère dans l atosphère, où il s évapore rapideent, environ 40 ng de bobykol ; elle peut ainsi attirer un âle dans un rayon de plus de 10 k. En effet, celui-ci possède des antennes capables de détecter quelques olécules seuleent de bobykol. Chez les abeilles, seule la reine éet la phéroone royale qui attire les âles. Les abeilles ouvrières éettent, en cas de danger, une phéroone d alare qui déclenche un coporteent agressif chez les autres ouvrières. Cette phéroone est un ester, l acétate d isoayle. 1. Quelle quantité de bobykol une feelle de bobyx libère-t-elle? En déduire le nobre de olécules libérées.. Si l on adet que le bobykol se répand de anière hoogène dans un volue cylindrique de 10 k de rayon et de 10 de hauteur, quel est le nobre oyen de olécules par unité de volue? Justifier alors la phrase en italique dans le texte. 3. L acétate d isoayle C 7 H 14 O peut être synthétisé à partir d acide acétique C H 4 O et d alcool isoaylique, C 5 H 1 O. Il est utilisé, entre autres, en confiserie en raison de son odeur de banane. a. Lors d une synthèse au laboratoire, on utilise un volue 1 = 0,0 L d alcool isoaylique. Quelle est la asse 1 correspondante? b. Le élange initial étant équiolaire, quel volue d acide doit-on prélever? Données : constante d Avogadro : N A = 6, ol 1 ; asses voluiques : µ(alcool) = 0,81 g L 1 ; µ(acide) = 1,05 g L Bleu de éthylène Pour traiter certaines conjonctivites de l œil, on utilise un collyre. La solution contient du bleu de éthylène aux propriétés antiseptiques. La concentration en bleu de éthylène dans un collyre peut être déterinée en utilisant une échelle de teintes. On prépare une échelle de teintes à partir d une solution-ère S 0 de bleu de éthylène de concentration olaire C 0 = 6,0 µol L 1. On introduit dans des tubes à essai identiques, nuérotés de 1 à 5, les volues des solutions S 0 et d eau indiqués dans le tableau. Tube n i (S 0 ) (L) i (eau) (L) C i ,0,0 3,0 4,0 5,0 9,0 8,0 7,0 6,0 5,0 1. Recopier et copléter le tableau en calculant les concentrations olaires C i en bleu de éthylène de chacune des solutions.. Le collyre coercial est dilué vingt fois. Indiquer une éthode perettant d obtenir 50 L de solution diluée. 3. La solution diluée est placée dans un tube à essai identique aux cinq autres et on copare, dans les êes conditions d éclairage, sa couleur à celle des solutions filles. Sa teinte est coprise entre celle des tubes et 3. a. En déduire un encadreent de la concentration olaire en bleu de éthylène de la solution diluée. b. Donner un encadreent des concentrations olaire et assique du bleu de éthylène dans le collyre. c. Ces résultats sont-ils copatibles avec l indication figurant sur la notice : contient 10 g de bleu de éthylène pour 100 L de solution. Donnée : asse olaire du bleu de éthylène : 319,85 g ol Goût sucré ** Le goût sucré est dû à la présence d édulcorants. On définit le pouvoir sucrant PS par le quotient entre les asses de saccharose, C 1 H O 11 et de substance sucrée présentes en solution aqueuse et provoquant la êe saveur sucrée. On distingue les édulcorants de charge (saccharose, glucose, C 6 H 1 O 6 ) de pouvoir sucrant inférieur ou égal à 1 et les édulcorants intenses (aspartae ) qui ont un très grand pouvoir sucrant. Le pouvoir sucrant dépend de la concentration en saccharose expriée en pourcentage assique. Ainsi pour l aspartae, C 14 H 18 O 5 N a-t-on : 1. Déboucher des canalisations (5 points) Les liquides utilisés pour déboucher les canalisations, sont des solutions concentrées d hydroxyde de sodiu ou soude. Ce sont des liquides très corrosifs. Pour éviter les accidents doestiques dus à la confusion de ces liquides avec des boissons, on y ajoute de l aoniac, NH 3, d odeur très désagréable. Le fabricant d un tel liquide indique : la densité par rapport à l eau d = 1, ; le pourcentage en asse de soude P = 0 %. la concentration en aoniac C = 8,5 ol L Donner la définition de la densité d un solide ou d un liquide par rapport à l eau. (0,5 point). Calculer la asse voluique du liquide déboucheur de canalisation. (0,5 point) PS de l aspartae % saccharose Exercice type BAC ,34 4, Certains édulcorants sont des produits naturels présents dans les plantes. Le sorbitol se trouve dans les poires, les prunes, les cerises Le annitol existe dans les endives, les oignons D autres édulcorants sont élaborés par synthèse : aspartae, saccharine, cyclaate de sodiu. 1. Rappeler les définitions de substances naturelles, synthétiques, artificielles. Citer un édulcorant naturel et un édulcorant de synthèse.. Que penser de l utilisation du tere concentration (en gras dans le texte)? 3. Quelle est la relation entre le pouvoir sucrant et les titres assiques de l édulcorant et du saccharose? Pourquoi le pouvoir sucrant est-il exprié sans unité? 4. a. On considère une solution de saccharose, de concentration C = 5,0 ol L 1. Quel est son titre assique? b. Le pouvoir sucrant du glucose étant égal à 0,7, quelle est la concentration olaire d une solution de glucose ayant la êe saveur sucrée? 5. a. Quel est le titre assique d une solution de saccharose à 10 % et de densité par rapport à l eau d = 1,1? b. Quelle est la asse d aspartae, de êe pouvoir sucrant que celle de saccharose, contenu dans 100 L de solution? 3. Établir la relation entre le titre assique de la soude et la asse voluique de la solution. (1 point) 4. Déteriner la concentration olaire C de la soude apportée dans cette solution. (1 point) 5. Quel est le volue de gaz aoniac dissous dans 100 L de cette solution, dans les conditions où le volue olaire vaut 4,0 L ol 1? (1 point) 6. Cette solution est diluée 50 fois. a. Décrire le ode opératoire perettant d obtenir 50 L de solution diluée. (1 point) b. Quelles sont les concentrations olaires de la soude et de l aoniac dans la solution diluée? (0,5 point) Données : asses olaires atoiques en g ol 1 : Na : 3,0 O : 16,0 H : 1,0 asse voluique de l eau : µ 0 = 1,00 g L oir la définition du degré d acidité à la rubrique rechercher et expérienter, page Ne pas confondre le volue de la solution et le volue de gaz oir les difficultés du chapitre 1, page b. En utilisant le résultat de la question précédente, calculer la concentration assique, puis la concentration olaire du glucose. 5. b. Utiliser le tableau de l énoncé

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