Fiche de révision : Grandeurs molaires et concentrations

📋 Plan du Cours

1. Masse molaire atomique
2. Masse molaire des espèces chimiques
3. Quantité de matière et masse
4. Gaz et volume molaire
5. Mélanges et solutions
6. Concentration molaire
7. Applications à l’air et à l’eau

📖 1. Masse molaire atomique

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse molaire atomique : Masse d’une mole d’atomes d’un élément, exprimée en g·mol⁻¹.

★ À maîtriser

📐 Formule — La masse molaire atomique se calcule avec $M = m \times N_A$, où $N_A = 6{,}022 \times 10^{23}\ \mathrm{mol}^{-1}$ est le nombre d’Avogadro.

Compléments

• Pour l’hydrogène, la masse d’un atome vaut 1,7 × 10⁻²⁴ g et la masse molaire atomique obtenue est 1,0 g·mol⁻¹.

• Pour le carbone, la masse d’un atome vaut 2,0 × 10⁻²⁶ kg et sa masse molaire atomique vaut 12 g·mol⁻¹.

💡 Astuce mémo

Masse d’un atome × nombre d’Avogadro → masse d’une mole

📖 2. Masse molaire des espèces chimiques

★ À maîtriser

• La masse molaire moléculaire d’une espèce chimique est la somme des masses molaires atomiques multipliées par les coefficients de sa formule brute.

• La masse molaire de l’acide acétique C₂H₄O₂ vaut $2 \times 12 + 4 \times 1 + 2 \times 16 = 60\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$.

Compléments

• Les masses molaires sont respectivement:

  • H₃O⁺ : 19 g·mol⁻¹
  • Fe₂O₃ : 160 g·mol⁻¹
  • AgCl : 143 g·mol⁻¹

• En tenant compte des isotopes du chlore, son nombre moyen de nucléons est 35,5 et sa masse molaire atomique vaut 36 g·mol⁻¹.

💡 Astuce mémo

Formule brute → coefficients atomiques → somme des masses molaires

📖 3. Quantité de matière et masse

★ À maîtriser

📐 Formule — La quantité de matière, la masse et la masse molaire sont liées par $n = \frac{m}{M}$, donc $m = n \times M$.

Compléments

• Une masse de 2,0 g d’argent de masse molaire 108 g·mol⁻¹ correspond à une quantité de matière de 1,85 × 10⁻² mol.

💡 Astuce mémo

Masse m : grammes ; quantité n : moles

📖 4. Gaz et volume molaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Volume molaire : Volume occupé par une mole de gaz dans des conditions données de température et de pression.

★ À maîtriser

📐 Formule — La quantité de matière d’un gaz se calcule avec $n = \frac{V}{V_m}$, et son volume avec $V = n \times V_m$.

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

Compléments

• Un ballon contenant 12 L d’hélium à 1 atm et 20 °C contient 0,5 mol d’hélium.

💡 Astuce mémo

n = V/Vm pour trouver les moles, V = nVm pour trouver le volume

📖 5. Mélanges et solutions

★ À maîtriser

• Pour exploiter un pourcentage massique dans un mélange gazeux, on choisit une masse de référence, calcule la masse de chaque constituant, convertit chaque masse en quantité de matière, puis détermine les proportions molaires.

• Dans l’air, 20 % de dioxygène et 80 % de diazote en masse correspondent à environ 17,9 % de dioxygène et 82,1 % de diazote en quantité de matière.

Compléments

• Pour déterminer la quantité d’éthanol dans une solution à 15 % vol, on calcule le volume d’éthanol, sa masse grâce à la masse volumique, puis sa quantité de matière.

• Dans 5,0 mL de solution aqueuse d’éthanol à 15 % vol, la quantité d’éthanol est d’environ 0,013 mol.

💡 Astuce mémo

Pourcentage → masse ou volume → quantité de matière

📖 6. Concentration molaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Concentration molaire : Rapport de la quantité de matière du soluté sur le volume de solution, soit $c = \frac{n}{V}$.

★ À maîtriser

📐 Formule — La concentration massique se calcule avec $c_m = \frac{m}{V}$, tandis que la concentration molaire se calcule avec $c = \frac{n}{V}$.

• Pour préparer une solution de concentration molaire connue, on calcule d’abord la quantité de matière avec $n = cV$, puis la masse avec $m = nM$.

Compléments

• Une solution contenant 0,20 g de glucose dans 200 mL possède une concentration molaire de 5,5 × 10⁻³ mol·L⁻¹.

• Pour préparer 100 mL de glucose à 0,50 mol·L⁻¹ avec M = 180 g·mol⁻¹, il faut prélever 9 g de glucose.

💡 Astuce mémo

Concentration molaire c = n/V, concentration massique cm = m/V

📖 7. Applications à l’air et à l’eau

★ À maîtriser

• Pour relier une concentration massique dissoute à un volume de gaz, on convertit la masse en quantité de matière puis la quantité de matière en volume avec le volume molaire.

• La masse molaire de l’air, composé de 20 % de dioxygène et de 80 % de diazote en masse, vaut 29 g·mol⁻¹.

Compléments

📐 Formule — La masse molaire moyenne de l’air se calcule par $M_{air} = 32 \times 0{,}2 + 28 \times 0{,}8 = 29\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$.

• Une concentration de 6 mg·L⁻¹ de dioxygène dans 10 L d’eau correspond à environ 0,046 L de dioxygène gazeux à 1 atm et 20 °C.

• Un volume de 0,046 L de dioxygène représente 20 % de la masse d’un volume d’air égal à 0,25 L.

💡 Astuce mémo

Masse ou concentration → quantité de matière → volume de gaz

📊 Tableaux de synthèse

Relations fondamentales

Concentrations et pourcentages