Fiche de révision : Composition et dosage des solutions

📋 Plan du Cours

1. Mole et quantité de matière
2. Masses molaires des espèces chimiques
3. Quantité de matière par la masse
4. Masse volumique et quantité de matière
5. Volume molaire des gaz
6. Concentrations des solutions
7. Dissolution et dilution
8. Absorbance et couleur des solutions
9. Loi de Beer-Lambert
10. Dosage par étalonnage

📖 1. Mole et quantité de matière

🔑 Notions clés & Définitions

• Mole : Paquet contenant 6,02 × 10²³ entités chimiques.
• Constante d’Avogadro : La constante d’Avogadro, notée NA, est le nombre d’entités contenues dans une mole et vaut 6,02 × 10²³ mol⁻¹.
• Quantité de matière : Nombre de moles contenues dans un échantillon, exprimé en moles de symbole mol.

★ À maîtriser

📐 Formule - Le nombre d’entités N et la quantité de matière n sont reliés par $N=nN_A$.

Compléments

📐 Formule - La quantité de matière peut être calculée à partir du nombre d’entités par $n=\frac{N}{N_A}$.

💡 Astuce mémo

Des entités chimiques rangées en paquets de 6,02 × 10²³.

📖 2. Masses molaires des espèces chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse molaire : Masse d’une mole de ses entités, exprimée en g·mol⁻¹.

★ À maîtriser

📌 La masse molaire d’une molécule ou d’un ion polyatomique est la somme des masses molaires atomiques des atomes qui le constituent.

Compléments

• La masse molaire atomique d’un élément est indiquée dans le tableau périodique.

📌 La masse molaire d’un ion monoatomique est considérée égale à celle de l’élément correspondant, car la masse de ses électrons est négligeable devant celle de l’atome.

📖 3. Quantité de matière par la masse

★ À maîtriser

📐 Formule - La quantité de matière d’un échantillon de masse m et de masse molaire M vaut $n=\frac{m}{M}$.

Compléments

📐 Formule - Le nombre d’entités N dans un échantillon de masse m est donné par $N=\frac{m}{m_{\text{espèce}}}$, où m et la masse d’une entité sont exprimées dans la même unité.

📖 4. Masse volumique et quantité de matière

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse volumique : Rapport de sa masse m à son volume V.

📝 Points essentiels

📐 Formule - La masse volumique vérifie $\rho=\frac{m}{V}$.

📐 Formule - La quantité de matière d’une espèce pure de masse volumique ρ, de volume V et de masse molaire M vaut $n=\frac{\rho V}{M}$.

📖 5. Volume molaire des gaz

🔑 Notions clés & Définitions

• Volume molaire : Volume occupé par une mole de gaz, exprimé en L·mol⁻¹.

★ À maîtriser

📌 Le volume molaire d’un gaz ne dépend pas de la nature du gaz, mais dépend des conditions de température et de pression.

📐 Formule - Pour un gaz de volume Vgaz et de quantité de matière ngaz, $n_{\text{gaz}}=\frac{V_{\text{gaz}}}{V_m}$.

Compléments

• À 25 °C et 1013 hPa, une mole de gaz occupe 24,5 L, soit Vm = 24,5 L·mol⁻¹.

💡 Astuce mémo

Même quantité de gaz : le volume molaire change avec les conditions de température et de pression.

📖 6. Concentrations des solutions

🔑 Notions clés & Définitions

• Concentration en masse : Masse m de soluté dissous par volume V de solution, généralement exprimée en g·L⁻¹.
• Concentration molaire : Quantité de matière de soluté dissoute par volume de solution, exprimée en mol·L⁻¹.
• Solution : Mélange homogène obtenu en dissolvant un ou plusieurs solutés dans un solvant ; dans une solution aqueuse, le solvant est l’eau distillée.

★ À maîtriser

📐 Formule - La concentration en masse vérifie $C_m=\frac{m}{V}$.

📐 Formule - La concentration en quantité de matière vérifie $C=\frac{n}{V}$.

Compléments

📐 Formule - La concentration massique et la concentration molaire sont reliées par $C_m=CM$, où M est la masse molaire du soluté.

💡 Astuce mémo

Cm mesure une masse par volume ; C mesure une quantité de matière par volume.

📖 7. Dissolution et dilution

🔑 Notions clés & Définitions

• Dissolution : Préparation d’une solution à partir d’un soluté, notamment un solide.
• Dilution : Préparation d’une solution moins concentrée en ajoutant du solvant à une solution initiale plus concentrée.
• Solution mère : Solution initiale plus concentrée utilisée pour préparer une solution fille par dilution.

★ À maîtriser

• La préparation par dissolution d’un solide se déroule en cinq étapes.

📌 Lors d’une dilution, la quantité de matière de soluté prélevée dans la solution mère est égale à celle présente dans la solution fille, donc $C_{\text{mère}}V_{\text{mère}}=C_{\text{fille}}V_{\text{fille}}$.

Compléments

• La préparation par dilution consiste à prélever la solution mère puis à compléter avec du solvant dans une fiole jaugée.

💡 Astuce mémo

Dissoudre un soluté ; diluer une solution mère pour obtenir une solution fille moins concentrée.

📖 8. Absorbance et couleur des solutions

🔑 Notions clés & Définitions

• Absorbance : Capacité d’une espèce chimique colorée à absorber une radiation de longueur d’onde donnée ; grandeur sans dimension généralement comprise entre 0 et 2.

• Spectre d’absorption : Représentation de l’absorbance d’une espèce chimique en fonction de la longueur d’onde.

★ À maîtriser

📌 Si une solution n’absorbe que dans un domaine du visible, sa couleur observée est complémentaire de celle des radiations absorbées.

Compléments

• L’absorbance d’une solution dépend de sa nature, de sa concentration et de la longueur d’onde de la lumière qui la traverse.

• Le domaine visible s’étend de 400 à 800 nm, tandis que le spectrophotomètre peut mesurer de l’ultraviolet, de 200 à 400 nm, au visible, de 400 à 800 nm.

📌 Une solution qui n’absorbe aucune radiation visible est incolore.

💡 Astuce mémo

La couleur observée est complémentaire de la couleur absorbée.

📖 9. Loi de Beer-Lambert

★ À maîtriser

📐 Formule - La loi de Beer-Lambert s’écrit $A=\varepsilon l C$, où A est sans unité, ε est le coefficient d’absorption molaire en L·mol⁻¹·cm⁻¹, l est l’épaisseur traversée en cm et C est la concentration en mol·L⁻¹.

📌 À longueur d’onde donnée, l’absorbance A d’une solution est proportionnelle à la concentration C de l’espèce absorbante.

Compléments

• La représentation de l’absorbance A en fonction de la concentration C est une droite passant par l’origine lorsque la proportionnalité est vérifiée.

💡 Astuce mémo

À longueur d’onde fixée, concentration croissante → absorbance croissante proportionnellement.

📖 10. Dosage par étalonnage

🔑 Notions clés & Définitions

• Dosage par étalonnage : Détermination de la concentration d’une espèce en solution à partir de mesures d’une grandeur physique, sans transformation chimique.

• Solution étalon : Solution contenant l’espèce à doser à une concentration connue et servant à établir la courbe d’étalonnage.
• Échelle de teinte : Comparaison de la couleur d’une solution à celle de solutions étalons pour encadrer sa concentration en masse.

★ À maîtriser

• Le dosage par étalonnage avec l’absorbance se réalise en quatre étapes.

Compléments

📌 Avant les mesures d’absorbance, le blanc consiste à mesurer l’ensemble cuve-solvant sans l’espèce étudiée, puis à régler le zéro de l’absorbance sur cette valeur.

💡 Astuce mémo

Étalons connus → courbe A=f(C) → absorbance inconnue → concentration recherchée.

📊 Tableaux de synthèse

Grandeurs de concentration