Professeur : Mohamed lemine ould Hasnat

Professeur : Mohamed lemine ould Hasnat

I. Mesure et calcul en chimie 1.1. De la concentration massique à la concentration molaire 1.1.1. De la masse à la quantité de matière : Par définition : La masse molaire moléculaire M(A) d une espèce chimique moléculaire A représente la masse d une mole de ses molécules. Elle est égale à la somme des masses molaires atomiques des atomes présents dans la molécule ; elle s exprime en (g /mol). D après la définition de la masse molaire moléculaire M(A), la masse m(a) d un échantillon d une espèce chimique A et sa quantité de matière n(a) correspondante sont liées par la relation : 1.1.2. La concentration molaire m(a) = n(a). M(A) ou n(a) = m(a) M(A) La concentration molaire C(A) d une espèce moléculaire A dissoute (soluté), dans une solution homogène est égale au quotient de la quantité de matière n(a) de A dissoute par le volume de la solution ; elle s exprime en mol. L 1. C(A) = n(a) ou n(a) = C(A). Exercice résolu 1 On souhaite préparer un volume = 250 ml d une solution aqueuse de saccharose C 12 H 22 O 11 de concentration C = 1, 2. 10 2 mol. L 1. Quelle masse doit-on utilisée? M(C) = 12g. mol 1 ; M(O) = 16g. mol 1 et M(H) = 1g. mol 1 1

Solution 1.1.3. La concentration massique : La concentration massique C m ou titre massique t(a) d un constituant A, dissout dans un volume de solution, est égale au quotient de la masse m(a) du constituant A par le volume de la solution. Elle s exprime généralement en (g. L 1 ). Les concentrations molaires et massiques sont liées par la relation : C m = t(a) = m(a) t(a) = m(a) avec m(a) = n(a). M(A) soit On obtient dans le cas de saccharose précédent : t(a) = n(a). M(A) = C(A). M(A) ou C(A) = t(a) M(A) t(a) = C(A). M(A) = 1,2. 10 342 = 4, 1 g/l 2

1.2. Du volume à la quantité de matière 1.2.1. Masse volumique et densité La masse volumique ρ(a) d un corps est égale au quotient de la masse m(a) du corps par son volume (A). ρ(a) = m(a) (A) ou m(a) = ρ(a). (A) La densité d(a) d un corps par rapport à un corps de référence est égale au quotient de la masse m(a) d un volume de ce corps par la masse m o d un même volume du corps de référence considéré dans les mêmes conditions de température et de pression : La densité s exprime à l aide d un nombre sans unité. d(a) = m(a) m o d(a) = m(a) m = ρ(a). ρ. d où d(a) = ρ(a) ρ 0 ou ρ(a) = ρ 0 d(a) Remarque : Pour les solides et les liquides, on prend généralement l eau liquide comme référence : ρ = ρ = 10 g/l d où ρ(a) (g L) = 10 3 d(a) Pour les gaz, on prend généralement l air comme référence ; on peut démontrer que la densité d un gaz par rapport à l air : d(g) = M(g) 29 avec M(g) la masse molaire moléculaire du gaz. 1.2.2. Le pourcentage massique Le pourcentage massique P(A) d un constituant dans une solution est égal à cent fois le quotient de la masse m(a) du constituant par la masse m de la solution. 3

P(A) = 100. m(a) m or m = ρ. et m(a) = n(a). M(A) d où M(A). n(a) P(A) = 100 ρ. avec C(A) = n(a) soit P(A) = 100 M(A) ρ C(A) d où C(A) = P(A). ρ 100 M(A) = P(A). 103 d 100 M(A) Exercice résolu 2 Une solution commerciale d acide nitrique HNO 3, a une densité par rapport à l eau égale à 1, 2; le pourcentage massique en acide nitrique vaut P = 69%. Calculons la concentration molaire de la solution. Les masses molaires : H = 1 g mol ; N = 14 g mol et O = 16 g mol. Solution La concentration de la solution C = P. 103 d 100 M La masse molaire M = 1 1 + 1 14 + 3 16 = 63 g/mol soit C = 69. 10 1,2 100 63 = 13, 14 mol/l 1.3. Du volume d un gaz à sa quantité de matière Par définition : 4

Le volume molaire d un gaz est le volume occupé par une mole de ce gaz. Le volume molaire gazeux est indépendant de la nature du gaz, mais dépend de ses conditions de température et de pression. D après la définition du volume molaire, le volume (g) d un gaz et la quantité de matière n correspondante, sont liés par la relation : Exercice résolu 3 n = (g) M ou (g) = n. M On désire préparer un volume = 250 ml d une solution d acide chlorhydrique de concentration C = 1, 5. 10 2 mol/l. Quel volume v du gaz chlorure d hydrogène doit-on utiliser? Dans les conditions de l expérience, le volume molaire gazeux vaut M = 24 L/mol. Solution D après les relations rappelées ci-dessus : n = C. et n = d où C. = soit v = C.. M = 1,5. 10 250. 10 24 = 9. 10 L = 90mL II. Réaction d oxydoréduction 2.1. Oxydant et réducteur Un oxydant est une espèce chimique capable de capter un ou plusieurs électrons. Un réducteur est une espèce chimique capable de céder un ou plusieurs électrons. 5

2.2. Couple oxydant/réducteur Un couple oxydant/réducteur est l ensemble d un oxydant et d un réducteur qui se correspondent dans une demi équation d oxydoréduction : Oxydant + ne réducteur Dans une demi équation d oxydoréduction figure le signe ( ) : elle peut être écrite dans un sens ou dans l autre. Méthode La demi-équation d oxydoréduction d un couple oxydant/réducteur Ox/réd, est parfois complexe. On l établie alors selon la méthode suivante : Considérons l exemple de la demi-équation du couple MnO 4 /Mn 2 : Écrire la demi-équation d oxydoréduction sous la forme : Assurer la conservation des éléments autres que H et O. Ox + ne Red MnO + ne Mn La conservation de l élément manganèse Mn est assurée. Assurer la conservation de l élément oxygène O avec des molécules d eau H 2 O. MnO 4 + ne Mn + 4H 2 O Assurer la conservation de l élément hydrogène H avec des protons H solvatés. MnO + ne + 8H Mn + 4H 2 O Assurer la conservation de la charge avec les électrons e. MnO 4 + 5e + 8H Mn 2 + 4H 2 O 6

2.3. Réaction d oxydoréduction Une réaction d oxydoréduction met en jeu deux couples oxydant / réducteur : il y a un transfert d électrons du réducteur de l un des couples à l oxydant de l autre couple. Soient les deux couples : Ox 1 /Red 1 et Ox 2 /Red 2 de potentiels standards respectifs E 1 et E 2 avec E 1 > E 2. Pour établir l équation-bilan de la réaction entre ces deux couples, on réalise une combinaison des demi-équations d oxydoréduction de ces deux couples de façon à ce que : L oxydant Ox 1 (du couple de potentiel E 1 le plus grand) et le réducteur Red 2 (du couple de potentiel E 2 le plus petit) soient les réactifs. En respectant les flèches : Ox /Red et Ox /Red. L équation de la réaction d oxydoréduction entre Ox 1 et Red 2 s écrit en multipliant les demi-équations par n 2 et n 1 de manière à éliminer les électrons : ( Ox + n e Red ) n (Red Ox + n e ) n L équation-bilan : n 2 Ox 1 + n 1 Red 2 n 2 Red 1 + n 1 Ox 2 Dans l équation de la réaction, on utilise le signe ( ) qui indique le sens de l évolution du système. Exercice résolu 4 Oxydation des ions de fer Fe 2 par les ions dichromate Cr 2 O 7 2 : 1. Écrire les demi-équations d oxydoréduction des couples Cr 2 O 7 2 / Cr 3 et Fe 3 /Fe 2. 2. En déduire l équation de la réaction d oxydation des ions Fe 2 en ions Fe 3 par les ions dichromate Cr 2 O 7 2. Solution 7

1. Appliquons la méthode exposée ci-dessus : Cr O + ne Cr Conservation de l élément chrome Cr : Cr O + ne 2 Cr Conservation de l élément oxygène : Cr O + ne 2 Cr + 7H O Conservation de l élément hydrogène : Cr O + 14H + ne 2 Cr + 7H O Conservation des charges : Cr O + 14H + 6e 2 Cr + 7H O Les ions Fe sont oxydés en ions Fe. Fe Fe + e 2. Combinons les demi-équations d oxydoréduction des couples mis en jeu par la réaction : Cr O + 14H + 6e 2 Cr + 7H O (Fe Fe + e ) 6 L équation-bilan: Cr 2 O 7 2 + 14H + 6Fe 2 2 Cr 3 + 7H 2 O + 6Fe 3 8