Exercices 1. On estime que l univers visible contient 10 22 étoiles. Combien cela fait-il de moles d étoiles? 2. Votre cerveau contient à peu près 15 milliards de neurones. Combien faut-il de cerveaux pour avoir une mole de neurones? Les atomes 3. Complétez le tableau suivant. Posez clairement vos proportions. Elément m n nombre d'atomes Soufre 64 g Calcium 6,02 10 24 atomes Sodium 0,5 mol 4. Un diamant a une masse de 4,8 g. Il est constitué de carbone pur. a) Combien contient-il de mole(s) de carbone? b) Combien cela représente d'atomes de carbone? 5. Si l'on a 10 30 atomes de fer, combien de mole(s) cela représente-t-il? Quelle est la masse de fer correspondante? 6. On dispose de deux échantillons de même masse, l'un de chrome, l'autre d'aluminium. La quantité de matière contenue dans ce dernier (aluminium) est de 0,75 mole. Combien y a-t-il d'atomes de chrome dans l'échantillon de chrome? 7. Quelle masse de nickel contient autant d atomes qu il y a d atomes de carbone dans 12 g de carbone? 8. Parmi les couples suivants, quel est l échantillon qui contient le plus grand nombre de moles d atomes? a) 25 g de carbone ou 35 g de silicium ; b) 1 g d or ou 1 g de mercure ; c) 2,49 10 22 atomes d or ou 8,96 µg de fer La chimie quantitative - exercices 1
9. Un litre d'une eau minérale contient 3,22 10 21 atomes de calcium. Calculez la masse de calcium en mg qu'absorbe une personne qui boit 1 litre de cette eau minérale. Les molécules 10. Complétez le tableau suivant. Indiquez clairement vos proportions. Molécule M m n nombre de molécules H 2 O 0.5 mol CH 4 6,02 10 24 atomes NaNO 3 255 g 11. Calculez la quantité (en moles) et le nombre de molécules de : a) 1 kg d eau b) 1,65 µg de chlorure de calcium c) 3,77 mg d hydrazine N 2 H 4 12. La vitamine C est constituée de molécules d acide ascorbique de formule : C 6 H 8 O 6 Sachant que 1 kg de pommes de terre contient environ 1,37 10 21 molécules de vitamine C, calculez la masse de vitamine C qu ingère un mangeur de 450 g de pommes de terre. 13. Quelle est la masse d'hydrogène contenue dans 50 moles de gaz propane C 3 H 8? 14. Quelle masse d'azote,en g, y a-t-il dans 3,612 10 24 molécules de nitrate d'ammonium? 15. Les balances modernes courantes permettent des pesées avec une précision du dixième de milligramme (0,1 mg). Le dixième de milligramme correspond à un grain de glucose (formule du glucose C 6 H 12 O 6 ). a) A quelle quantité en mole de glucose correspond un telle précision (un grain de glucose)? b) Dans quel volume (en L) d'eau pure faudrait-il dissoudre ce grain de glucose pour avoir deux molécules de glucose par goutte d'eau? Donnée : une goutte d'eau = 0,05 ml La chimie quantitative - exercices 2
Volume molaire aux C.N.T.P. 16. Complétez le tableau suivant : (On exprimera m et V dans l unité qui semblera la mieux adaptée) Corps gazeux m n (mol) V(C.N.T.P) N 2 1,4 g O 3 5,58 10-1 CH 4 8 10-2 g SO 2 1 m 3 17. Quelle est la masse de 2,408 10 23 molécules d'un gaz dont la masse volumique aux C.N.T.P est de 1,9643 kg/m 3? 18. Combien y a-t-il d'atomes d'hydrogène dans 3,5 m 3 de gaz méthane (CH 4 ) aux C.N.T.P? La loi des gaz parfaits 19. Transformez les données suivantes en unités S.I. : 98 C ; 304 mm Hg ; 1.2. 10-2 L ; 205 Torr ; 256 ml ; 56 bar ; -15 C; 1.8 atm 20. Quel volume occuperont 3.00 grammes de H 2 S gazeux à 46 C et sous une pression de 730 mm Hg? 21. Le vide est effectué dans un flacon d'un litre, à 25 C, jusqu'à l'obtention d'une pression de 10-7 mm de mercure. Quel est le nombre de molécules restant dans le flacon? 22. Une bouteille métallique de 50 litres contient de l hélium à 200 bars. Sur une foire, des ballons en forme de cœur, de capacité de 4 litres, sont remplis au moyen de cette bouteille. Calculez le nombre de ballons que l on peut remplir si la température extérieure est de 20 C et la pression de 1 atm. 23. Un ballon d'hélium, à 25 C, a un volume de 22 litres au niveau de la mer, où la pression est 0,951 atm. Lorsque le ballon atteint l altitude où la pression atmosphérique est de 550 Torr, il explose. On suppose que la température du ballon n a pas changé. Quel est le volume du ballon juste avant l'explosion? 24. Dans une bouteille d acier de 10 L se trouve de l'oxygène, à 20 C et sous 50 bars. Pour un essai en laboratoire, on prélève de l'oxygène. Résultat : la pression chute à 40 bars, dans la bouteille, à température constante. L'oxygène prélevé est détendu jusqu'à 1,04 bar puis chauffé à 60 C. a) Quelle masse d'oxygène est prélevée? b) Quel volume final occupe l'oxygène prélevé? Les réactions chimiques 25. En dissolvant du zinc métallique (Zn) dans de l acide sulfurique concentré, on obtient du sulfate de zinc et du gaz hydrogène. a) Etablissez, puis équilibrez l équation de la réaction. La chimie quantitative - exercices 3
b) Calculez la masse de zinc, en g, nécessaire pour obtenir 644 g de sulfate de zinc. c) Calculez le volume, aux C.N.T.P. de gaz hydrogène qui s est dégagé lors de cette réaction. 26. Lorsque le gaz propane (C 3 H 8 ) brûle dans l oxygène de l air, il y a production de gaz carbonique et d eau selon la réaction suivante : C 3 H 8 + O 2 CO 2 + H 2 O a) Equilibrez cette équation. b) Si lors de cette réaction on obtient 0,1 mol de CO 2, combien de gouttes d eau se sont formées en même temps? On suppose qu une goutte d eau de 0,05 cm 3 contient environ 1,7 10 21 molécules d eau. 27. La réduction de l'oxyde de chrome (III) par l'aluminium s'effectue selon la réaction suivante : Al + Cr 2 O 3 Al 2 O 3 + Cr Quelle masse de chrome métallique (Cr) peut-on préparer en partant d'un mélange de 5 kg d'aluminium? 28. On fait réagir 35 g d iodure de bismuth (III) avec 20 g de chromate de lithium. a) Etablissez l équation équilibrée de cette réaction. b) Calculez la masse de précipité obtenue. 1. Quelle définition correspond le mieux à la notion de soluté? a) Substance dans laquelle on dissout le solvant. b) Volume total de la solution c) L'ensemble solution + solvant. d) Substance qui est dissoute dans le solvant. Titre et molarité 2. Quelle est la concentration molaire de 50 ml d'eau contenant 0,5 mole de NaOH? 3. Quelle masse de chlorure de sodium faut-il dissoudre pour préparer 120 ml d'une solution à 40 g/l? a) 4,8 g b) 33,3 g c) 40 g d) 4 800 g 4. Quel est le titre d une solution contenant 9,56 10-2 mol de fluorure d ammonium dans 5 ml de solution aqueuse? 5. Calculez la molarité d une solution aqueuse de 1,5 litre contenant 50 g de nitrate de potassium 6. Quel est le titre d une solution 0,25 M K 2 S(aq)? 7. Vous êtes devenu un(e) étudiant(e) en sciences faisant une séance de laboratoire. Le professeur vous demande de lui préparer 250 ml d une solution aqueuse 1,5 M de nitrate de nickel (II). Quelle masse de nitrate de nickel (II) devez-vous prendre? La chimie quantitative - exercices 4
Dilutions 8. 400 ml d eau sont ajoutés à 100 ml d une solution d acide chlorhydrique 0,1 mol/l. Quelle est la concentration obtenue? 9. Quel volume d une solution NaOH(aq) 0.2 mol/l doit être employé pour préparer 500 ml d une solution de NaOH(aq) 0.1 mol/l? 10. 750 ml de HCl 0.1 M, ont été préparés à partir d un échantillon de 5 ml de HCl plus concentré. Quelle est la concentration de la solution de HCl plus concentrée? 11. Quel volume d'eau faut-il ajouter à 100 ml de KOH à 5,6 g/l pour obtenir une solution 0,05 M? 12. On ajoute 30 ml d'eau à 55 ml d'une solution de HCl de titre inconnu. La solution ainsi obtenue, a une molarité égale à 0,04 mol/l. Quel était le titre de la solution de départ? 13. En ajoutant 250 ml d'eau à x ml d'une solution de H 2 SO 4 0,1 M, on obtient une solution à 2 g/l. Calculez x. Les dosages 14. On dose 55 ml d une solution de LiOH de concentration inconnue avec 100 ml d'une solution de HNO 3 0.1 M. Quelle est la concentration de la solution de LiOH? 15. Quel volume d'une solution d'acide chlorhydrique à 0,18 g/l faut-il ajouter à 23 ml d'une solution de NaOH 10-2 M pour neutraliser la base? 16. L'eau de chaux est une solution de Ca(OH) 2 dans l'eau. On place 100 ml d'eau de chaux dans un bécher, puis on ajoute goutte à goutte du HCl 0,1 M. A la neutralisation, le volume versé est de 19,4 ml. a) Ecrivez l équation équilibrée de cette réaction. b) Choisissez un indicateur coloré approprié pour ce dosage. c) Déterminez la molarité, puis le titre de la solution initiale d'eau de chaux. 17. Si de l acide sulfurique est renversé dans un laboratoire, une façon de le neutraliser en toute sécurité consiste à le saupoudrer de bicarbonate de sodium. Lors de la réaction du sulfate de sodium, du dioxyde de carbone et de l eau sont formés. a) Ecrivez l équation équilibrée de cette réaction b) En pratique, on verse du bicarbonate jusqu à ce que le pétillement de CO 2 s arrête. Pourquoi? c) Si 40 ml d acide sulfurique de concentration 6 mol/l ont été renversés, est-ce que 25 g de NaHCO 3 suffiront à les neutraliser? Justifiez votre réponse par le calcul. 18. Pour éviter l oxydation du vin, les viticulteurs ajoutent du dioxyde de soufre au vin. La teneur en dioxyde de soufre que peut contenir un vin blanc est limitée à 210 mg/l. La méthode officielle du dosage du SO 2 dans le vin est basée sur la réaction suivante : le dioxyde de soufre réagit avec de l iode et de l eau pour former de l acide sulfurique et de l acide iodhydrique. a) Ecrivez l équation équilibrée de cette réaction. La chimie quantitative - exercices 5
Le dosage se fait de la manière suivante : Dans un Erlenmeyer, on introduit 25 ml de vin blanc à doser, 2 ml d acide fort pour acidifier le milieu et 1 ml de solution d amidon. On laisse ensuite s écouler progressivement, tout en agitant, une solution d iode de concentration de 7,8 10-3 mol/l jusqu'à qu on obtienne une coloration bleue persistante. Le volume de la solution d iode nécessaire pour obtenir cette coloration est de 6,2 ml. b) Quel est le rôle de la solution d amidon dans ce dosage? c) Quelle masse d iode a-t-on besoin pour effectuer le dosage? d) Déterminez la molarité du SO 2 dans ce vin blanc. e) Ce vin est-il conforme à la législation? Justifiez votre réponse La chimie quantitative - exercices 6