Fiche de révision : Composition et dosages en chimie

📋 Plan du Cours

1. Grandeurs physiques des gaz
2. Détermination expérimentale du volume molaire
3. Quantités de matière et solutions
4. Dissolution et dilution
5. Absorbance et Beer-Lambert
6. Dosage par étalonnage
7. Exploitation spectrophotométrique
8. Titrages colorimétriques
9. Applications aux boissons et produits
10. Validation et seuils réglementaires

📖 1. Grandeurs physiques des gaz

🔑 Notions clés & Définitions

• Volume molaire : Le volume occupé par une mole d’une espèce chimique à une température et une pression données, et il s’exprime en L·mol⁻¹.

★ À maîtriser

📐 Formule — La quantité de matière d’un gaz vérifie $n=\frac{V}{V_m}$.

• À 20 °C et sous 1,0 bar, le volume molaire des gaz vaut 24,4 L·mol⁻¹.

Compléments

• À 20 °C, le volume molaire vaut 76,2 L·mol⁻¹ à 0,32 bar, 1,4 L·mol⁻¹ à 18 bar et 0,12 L·mol⁻¹ à 200 bar.

💡 Astuce mémo

Pression ou température augmente → volume molaire diminue ou augmente selon les conditions

📖 2. Détermination expérimentale du volume molaire

★ À maîtriser

• Le volume molaire expérimental se détermine en mesurant le volume de gaz produit puis en calculant $V_m=\frac{V}{n}$.

• Dans la réaction du magnésium avec les ions hydrogène, l’équation est Mg + 2 H⁺ → Mg²⁺ + H₂ et 6,0×10⁻³ mol de magnésium produisent 6,0×10⁻³ mol de dihydrogène.

• Pour la réaction entre l’hydrogénocarbonate et les ions hydrogène, l’équation est H⁺ + HCO₃⁻ → H₂O + CO₂ et 6,0×10⁻³ mol de HCO₃⁻ produisent 6,0×10⁻³ mol de dioxyde de carbone.

Compléments

• Les mesures donnent Vm = 28 L·mol⁻¹ pour le dihydrogène et Vm = 22,5 L·mol⁻¹ pour le dioxyde de carbone, des valeurs différentes mais assez proches compte tenu des incertitudes expérimentales.

💡 Astuce mémo

Même quantité de gaz, mais volumes mesurés différents selon les transformations

📖 3. Quantités de matière et solutions

★ À maîtriser

📐 Formule — La quantité de matière d’un soluté se calcule avec $n=\frac{m}{M}$, où m est la masse du soluté et M sa masse molaire.

📐 Formule — La concentration en quantité de matière vérifie $C=\frac{n}{V}$, avec V exprimé en litres.

📐 Formule — La masse volumique vérifie $\rho=\frac{m}{V}$ et la densité par rapport à l’eau vérifie $d=\frac{\rho}{\rho_{eau}}$.

📐 Formule — Un pourcentage massique vérifie $w=\frac{m_{soluté}}{m_{solution}}\times100$, tandis qu’un pourcentage volumique vérifie $\varphi=\frac{V_{soluté}}{V_{solution}}\times100$.

Compléments

• Une poche de 250 mL de sérum physiologique à 9,0 g·L⁻¹ contient 2,25 g de chlorure de sodium.

📖 4. Dissolution et dilution

📝 Points essentiels

• Une dissolution consiste à introduire une masse calculée de soluté dans une fiole jaugée, à ajouter du solvant jusqu’au trait puis à homogénéiser.

📐 Formule — Lors d’une dilution, la quantité de soluté est conservée et vérifie $C_mV_m=C_fV_f$.

• Doubler le volume d’une solution sans ajouter de soluté divise sa concentration par deux.

• Pour préparer une solution fille par dilution, on prélève un volume calculé de solution mère avec une pipette jaugée, on le transfère dans une fiole jaugée et on complète avec de l’eau jusqu’au trait.

💡 Astuce mémo

Prélever → transférer → compléter → homogénéiser

📖 5. Absorbance et Beer-Lambert

🔑 Notions clés & Définitions

• Absorbance : Une grandeur sans unité liée à la proportion de lumière absorbée par une solution pour une longueur d’onde donnée.

★ À maîtriser

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

📐 Formule — Pour une solution donnée et une longueur d’onde fixée, la loi de Beer-Lambert devient $A=kC$.

📌 Avant une mesure d’absorbance, il faut faire le blanc afin de régler le zéro et de ne mesurer que l’absorbance de l’espèce colorée, sans celle de la cuve ni du solvant.

Compléments

• Le maximum d’absorption de la solution étudiée est situé à λmax = 640 nm, dans le domaine orange-rouge, et la solution apparaît de la couleur complémentaire bleu-cyan.

📖 6. Dosage par étalonnage

🔑 Notions clés & Définitions

• Dosage par étalonnage : Détermine la concentration inconnue d’une solution en comparant une grandeur physique mesurée à celles de solutions étalons de concentrations connues.

★ À maîtriser

• 🔄 Le dosage par étalonnage comprend quatre étapes.:
  1. Préparer les solutions étalons
  2. Mesurer leurs absorbances
  3. Tracer la courbe A=f(C)
  4. Mesurer l’inconnue et lire sa concentration

📌 La loi de Beer-Lambert n’est utilisable que dans le domaine de linéarité où l’absorbance et la concentration sont proportionnelles.

Compléments

• Pour la solution de Dakin, une absorbance A0 = 0,10 conduit graphiquement à C0 = 6,1×10⁻⁵ mol·L⁻¹.

💡 Astuce mémo

Étalons → absorbances → droite d’étalonnage → concentration inconnue

📖 7. Exploitation spectrophotométrique

★ À maîtriser

• Le choix de la longueur d’onde de mesure consiste à sélectionner une longueur d’onde proche du maximum d’absorption afin d’obtenir une mesure plus précise.

📌 La couleur perçue d’une solution est complémentaire de la couleur des radiations visibles principalement absorbées par cette solution.

Compléments

• Pour le bleu brillant E133, la longueur d’onde d’absorption maximale est 631 nm ± 5 nm.

• Dans le dosage des ions cuivre(II), les mesures d’absorbance sont réalisées à 810 nm.

💡 Astuce mémo

Couleur perçue et couleur absorbée sont complémentaires

📖 8. Titrages colorimétriques

🔑 Notions clés & Définitions

• Équivalence : Atteinte lorsque les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques de l’équation de réaction.

★ À maîtriser

• Lors du titrage du dioxyde de soufre par le diiode, l’équation est H₂SO₃ + I₂ + H₂O → SO₄²⁻ + 4 H⁺ + 2 I⁻.

• À l’équivalence du titrage du dioxyde de soufre par le diiode, les quantités de matière vérifient nE(I₂)=n0(H₂SO₃).

Compléments

• Lors du titrage des ions sulfite par le diiode en milieu basique, la demi-équation du couple sulfate/sulfite est SO₄²⁻ + H₂O + 2 e⁻ = SO₃²⁻ + 2 HO⁻.

• Pour un titrage avec une solution de diiode de concentration 1,0×10⁻² mol·L⁻¹ et un volume équivalent de 8,2 mL, la quantité d’ions sulfite est voisine de 8×10⁻⁵ mol.

💡 Astuce mémo

Préparer → titrer → repérer l’équivalence → calculer

📖 9. Applications aux boissons et produits

★ À maîtriser

• Le degré alcoolique d’un vin correspond au pourcentage volumique d’éthanol pur qu’il contient; un vin titrant 12° contient 12 % en volume d’éthanol.

Compléments

• Le vinaigre blanc étudié contient 8,0 % en masse d’acide acétique et possède une masse volumique de 1,01 g·mL⁻¹.

• Une cartouche contient 0,60 mL d’encre dont la masse volumique vaut 1,1 g·mL⁻¹ et qui contient 3 à 5 % en masse de bleu d’aniline.

• Un comprimé de vitamine C contient 500 mg de vitamine C C₆H₈O₆ dissous dans 250 mL de solution.

• Dans une eau gazeuse, chaque mole d’ions hydrogénocarbonate produit une mole de dioxyde de carbone.

📖 10. Validation et seuils réglementaires

★ À maîtriser

📐 Formule — Le quotient de validation d’une mesure se calcule par $z=\frac{|x_{mes}-x_{ref}|}{u(x_{mes})}$.

📌 Une mesure est considérée compatible avec la valeur de référence lorsque z ≤ 2; elle ne l’est pas lorsque z > 2.

• Les concentrations massiques maximales de dioxyde de soufre total sont de 150 mg·L⁻¹ pour AB, 170 mg·L⁻¹ pour Terra Vitis et 90 mg·L⁻¹ pour Demeter.

📌 Une solution de bouillie bordelaise ne peut être rejetée à l’évier que si sa concentration en ions cuivre(II) ne dépasse pas 0,5 mg·L⁻¹.

Compléments

• La dose journalière admissible du bleu brillant E133 est de 6,0 mg·kg⁻¹·jour⁻¹.

💡 Astuce mémo

Mesure comparée à une référence → compatibilité ou dépassement du seuil

📊 Tableaux de synthèse

Grandeurs et relations de calcul

Limites et références réglementaires