SP3 " La mole et la concentration molaire" Les échantillons de matière que nous manipulons contiennent un nombre gigantesque d entités chimiques ; ainsi, une simple goutte d eau contient environ 1 500 milliards de milliards de molécules d eau H2O! Autant tenter de compter le nombre de grains de sable dans le Sahara que d essayer de dénombrer une à une ces entités dans les substances qui nous entourent! Nous allons voir comment les chimistes s y sont pris pour compter les entités qu ils manipulent I) La mole, unité de quantité de matière 1) Du microscopique au macroscopique : comment compter les entités par paquets? Finir la partie 1 de l activité expérimentale sur la banane. 2) Combien d entités dans un paquet? 3. Faire l'activité qui suit 2. Faire la partie 3 de la même activité 1. Finir la partie 2 de l'ae sur la banane Activité La mole, toute une histoire Document 1 Un peu d histoire sur la mole Devant l énormité des nombres rencontrés, les chimistes ont proposé une nouvelle méthode pour faciliter le décompte à l échelle macroscopique d entités microscopiques : ces dernières sont regroupées en «paquets» d un nombre NA d entités, paquets appelés moles. La mole a été alors posée comme l unité de quantité de matière (symbole : mol). Que vaut le nombre NA? Définition: Une mole représente le nombre d atomes contenus dans 12,0 g de carbone isotope 12.
Jean Perrin (1870-1942), prix Nobel en 1926, détermina la valeur de la constante NA, qu il appela constante d Avogadro en hommage au savant italien Amedeo Avogadro (1776-1856), par treize méthodes différentes. Aujourd hui, on admet qu une mole d entités identiques (atomes, molécules, ions, électrons ) est la quantité de matière d un système contenant NA = 6,02.1023 entités. Document 2 La quantité de matière Travail à réaliser 1. Résumer sous forme d'une carte, toutes les informations concernant la mole. 2. Que signifie cette écriture à l échelle macroscopique? En vous aidant de votre carte, répondre aux questions suivantes. 1. A quelle quantité de matière de molécules de CO2 a-t-on affaire quand on manipule N = 6,02.1021 molécules? 2. On dispose d'une plaque de cuivre et d'une balance. a. Déterminer le nombre d'atomes contenus dans cette plaque. b. Déterminer la quantité de matière correspondante. Masse d un atome de cuivre m = 29mp+ 34mn+ 29me = 1,055.10-25 kg II) Lien entre la quantité de matière et la masse Masse ( m en g) et quantité de matière (n en mol ) sont très intimement liées. Quelle grandeur fait le lien entre les deux: la masse molaire M en g/mol? 1) Masse molaire atomique La masse molaire atomique d un élément est la masse d une mole d atomes de cet élément. Notée M, elle s exprime en g.mol 1. Les masses molaires des différents éléments sont données dans la classification périodique. Exemples Masses molaires en g.mol 1: M(C)=12,0;M(H)=1,0;M(O)=16,0;M(Cu)=63,5; M(S)=32,1 ; M(Cl) =35,5 ;M(Na)= 23 2) Masse molaire moléculaire ou ionique La masse molaire moléculaire d une espèce chimique représente la masse d une mole de ses molécules. ( idem pour les ions) Elle se définit comme la somme des masses molaires atomiques des éléments présents dans la molécule, en tenant compte des coefficients! Elle s exprime elle aussi en g.mol 1.
1. Calculer la masse molaire moléculaire de la molécule d'eau et des molécules suivantes : l éthanol C2H6O, le glucose C6H12O6, le sulfate de cuivre pentahydraté (CuSO4, 5H2O). 2. Calculer la masse molaire ionique de l'ion sulfate SO42-. Pourquoi ne tient -on pas compte de sa charge? NB: Compléter au fur et à mesure la carte mentale du chapitre. 3) Quantité de matière et masse ( pour les solides...) La quantité de matière n (en mol) d un échantillon de masse m (en g) d une espèce dont la masse molaire est M (en g.mol 1) est : n= m/m ou n=m/m ou n = m x M? Laquelle des trois choisissez-vous? Justifier en utilisant les unités. 1. Prenons deux échantillons de 100 g de chlorure de sodium et d eau. Calculer la quantité de matière correspondante. 2. Un sportif ingère un morceau de sucre (saccharose C12H22O11). La masse d'un morceau de sucre est de 6,0 g. Quelle quantité de matière a-t-il ingérée? 3. La créatinine est une molécule fabriquée dans le muscle lors de l effort. Elle a pour formule brute C H N O: montrer que sa masse molaire moléculaire est de 113 g.mol 1. 4 7 3 III) Quantité de matière et liquides 1) Cas des liquides purs Problématique Pour réaliser une expérience en chimie, le professeur nous demande de prélever 0,86 mol d'éthanol. Voici ses caractéristiques: Donnée: Il ne met à notre disposition que le matériel suivant: gants, béchers, lunettes, la hotte, le flacon d'éthanol et une éprouvette graduée de 50mL. Travail à effectuer Analyser et communiquer 1. Rappeler la définition de la densité, en déduire la masse volumique. 2. Proposer une stratégie permettant de répondre au problème posé et y répondre. 3. Généraliser et compléter la carte mentale. 2) Cas d'une solution: cas d'une boisson isotonique Athlon A)L athlon Document 1 Extrait d'une pub http://www.ina.fr/pub/alimentationboisson/video/pub3249874065/athlon-boisson-dietetique-deleffort-le-relais-de-votre-energie.fr.html
Document 2 Etiquette de cette boisson http://lediabete.blogspace.fr/354170 /les-aliments-et-boissons-de-l-effort/ Travail à réaliser 1. Pourquoi peut-on dire que cette boisson est une solution aqueuse? 2. Préciser le ou les solutés présents. Indiquer sous quelles formes on les trouve pour le sucre et les sels minéraux. Pas pour les vitamines. 3. Calculer la concentration massique en sucre. Préciser le nom de ce sucre et chercher sa formule brute. 4. Proposer une définition de la concentration molaire notée C et la calculer pour le sucre. 5. Proposer une relation entre les deux concentrations. B) Généralisation IV) Retour rapide sur la préparation de solutions aqueuses 1) Par dissolution d'un soluté dans le solvant eau
Défi 1 Proposer un protocole permettant de préparer 100,0 ml d'une solution de permanganate de potassium de concentration C = 1,0.10-2 mol.l -1. Matériel: Balance, eau distillée, béchers, capsule, spatule,flacon de permanganate de potassium, entonnoir, fiole jaugée de 100,0 ml et bouchon, balance. 2) Par dilution d'une solution mère Principe Au cours d'une dilution il y a conservation de la matière donc de la masse et aussi de la quantité de matière. Défi 2 On dispose d une solution mère d acide chlorhydrique de concentration 1,0 mol/l. On veut obtenir une solution fille de volume 100,0 ml et de concentration 0,10 mol/l. Quel volume de mère doit-on prélever? Exercices 6,10,12 et 17 page 170