THEME 2: LE SPORT. Chapitre 9: la mole, unité de quantité de matière

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1 THEE 2: LE SPORT Chapitre 9: la mole, unité de quantité de matière I.Qu est-ce que la mole? 1. Activité : apprendre à compter en mole! Voyons comment la connaissance de la masse d un objet peut permettre d accéder à son nombre d atomes, autrement dit à sa quantité d atomes. a. L observation des javelots du document 1 permet-elle de comparer leur nombre d atomes? b. Quelles données permettent de calculer le nombre d atomes formant chaque javelot? c. Grâce aux données du tableau 2, calculer le nombre d atomes présents dans chacun des javelots. d. Combien peut-on faire de douzaines d œufs avec 240 œufs? Combien peut-on constituer de ramettes de 500 feuilles avec feuilles de papier? e. Les atomes ne sont pas comptés par «paquets» de 12 ou de 500, mais par «paquets» de 6,02x10 23 atomes. Un tel «paquet» est appelé une mole. Compléter le tableau ci-dessous. Javelot A B C Nombre d atomes N Nombre de moles n f. Le nombre de moles n est appelé la quantité de matière. Dans le système international, son unité est la mole de symbole mol. Quelle doit être l unité de la constante NA =6, U.S.I. pour que n soit en mol? Cette constante est appelée constante d Avogadro g. Deux échantillons de même masse et de matières différentes peuvent-ils être constitués de la même quantité d atomes? Justifier. h. En quoi est-ce judicieux d exprimer la quantité de matière d un échantillon en mol plutôt que de compter les

2 atomes un par un? II. La mole : définition La quantité de matière n est la grandeur utilisée en chimie pour spécifier un nombre d entités (atomes, molécules, ions ) et son unité est mole de symbole «mol» : ex n = 5,0 mol Une mole d entités est un «paquet» de 6,02 x entités. Le nombre d entités par paquets d atomes est appelé Na =6,02 x mol -1 La relation de quantité de matière n liant le nombre N d entités microscopiques d un échantillon et la constante d Avogadro Na est : n N Na ou N= n. Na avec n: quantité de matière en mol, N: Nombre d entités, Na : constante d Avogadro : Na =6,02 x mol -1 Application : Déterminer la quantité n d aluminium, exprimée en mol, dans un mousqueton en aluminium de 41 g, qui est constitué par N = 9,1x atomes d aluminium. III Quantité de matière et masse 1. asse molaire atomique La masse molaire atomique d un élément est la masse d une mole de cet élément. Elle s exprime en g.mol -1. Les valeurs des masses molaires atomiques des différents éléments se trouvent dans la classification périodique des éléments chimiques Exemple : (H) =1,0 g.mol -1 (C) =12,0 g.mol -1 (O) =16,0 g.mol asse molaire moléculaire La masse molaire moléculaire se calcule en additionnant les masses molaires de tous les atomes de la molécule. Elle s exprime en g.mol -1 Application : Calculer la masse molaire (C9H8O4) de l aspirine.

3 (C9H8O4)= 9 x ( C ) + 8 x ( H) + 4 x (O) (C9H8O4)= 9x 12,0 +8 x 1,0 + 4 x 16, 0 =180,0 g.mol Quantité de matière et masse: relation entre n et m La quantité de matière n d un échantillon (en mol), sa masse m (en g) et la masse molaire moléculaire (en g.mol -1 ) de son espèce chimique sont reliées par : n = m ou m= n. Application : Quelle est la quantité de matière n(c9h8o4) d aspirine dans m(c9h8o4) = 5,0 g d aspirine? n = m = 5,0 180,0 =2,8 x 10-2 mol Application : Quelle est la quantité de matière n(fe) de fer dans un échantillon de m= 15,0 mg de fer? n= m =0,015 55,8 =2,69 x 10-4 mol avec 15 mg=0,015 g Application : Quelle est la masse d oxyde de fer qui correspond à Fe 3O 4 qui correspond à la quantité de matière n= 0,536 mol Il faut calculer masse molaire de Fe 3O 4 : (Fe 3O 4 )= 3 x (Fe) + 4 x (O) =3 x 55,8 + 4 x 16 =231,4 g.mol -1 m=n x =0,536 x 231,4 =124 g IV- Cas des liquides 1.Cas des liquides purs: relation entre n, V,, Rappel : la masse volumique d un liquide est le rapport de sa masse sur son volume V m = V (équation 1) Avec : masse volumique en g.l-1, m : masse de soluté en g ; V : volume de soluté en L (différent de la concentration massique où V représente le volume de solution)

4 m Comme n= et m= x V d après (l équation 1) La quantité de matière n d entités dans un échantillon de volume V, constitués d une espèce de masse volumique et de masse molaire est : n= V Exemple : calculer la quantité de matière contenue dans 5,0 ml d éthanol C 2H 6O de masse volumique =800g.L -1 On calcule la masse molaire de l éthanol : (C 2H 6O)=46 g.mol -1 n= V 800 5, n= =8,7 x 10-2 mol 46 avec V=5,0 ml soit 5,0 x 10-3 L Remarque la densité d un liquide d vaut:d = liquide eau 2. Cas des solutions(liquide pur+eau) : la concentration molaire La concentration molaire d un soluté est égale à la quantité de matière de soluté dissous par litre de solution. Elle s exprime usuellement en mol.l -1. La concentration molaire c, la quantité de matière n de l espèce et le volume V de la solution sont reliées par : C= n ou n=cxvs avec n : quantité de matière de soluté en mol, Vs V s : volume de solution en L et c: en mol.l -1 Exemples : 1.calculer la quantité de matière présente dans 200 ml d une solution de saccharose de concentration molaire 0,040 mol.l Pour un effort modéré, on prépare une boisson par dissolution d une cuillère à soupe (mf= 1,5 g) de fructose C 6H 12O 6dans un volume V = 500 ml d eau. Quelle est la concentration molaire cf en fructose de cette boisson? n=c x V Avec V=200 ml =0,2L n= 0,040 x 0,2 n=8,0 x 10-3 mol

5 2. Pour un effort modéré, on prépare une boisson par dissolution d une cuillère à soupe (mf= 1,5 g) de fructose dans un volume V = 500 ml d eau. Quelle est la concentration molaire cf en fructose de cette boisson? On donne la masse molaire du fructose : =180 g.mol -1 -On calcule la quantité de matière de fructose contenue dans 1,5 g Donc 1,5 n= 180 =8,3 x 10-3 mol -On en déduit la concentration molaire en fructose. n C= V Donc C= 8,3x10 0,5 3 m n= C=1,7x 10-2 mol.l -1 Au cours d une dilution la quantité de matière n se conserve donc : ni=nf Ci x Vi=Cf x Vf Il existe une relation qui lit la concentration massique Cm et la concentration molaire c : c= Cm ou Cm = c x