Fiche de révision : La mole et les solutions

📋 Plan du Cours

1. Quantité de matière et mole
2. Masses molaires des espèces
3. Masse volumique et quantité de matière
4. Gaz et volume molaire
5. Concentrations des solutions
6. Préparation par dissolution et dilution
7. Gestes expérimentaux de préparation

📖 1. Quantité de matière et mole

🔑 Notions clés & Définitions

• Mole : Un groupe de $6{,}02 \times 10^{23}$ entités chimiques, telles que des atomes, des ions ou des molécules.
• Quantité de matière : Correspond au nombre de moles de cette espèce, c’est-à-dire au nombre de paquets d’entités ; elle se note $n$ et s’exprime en moles (mol).

★ À maîtriser

• Le nombre d’Avogadro, noté $N_A$, vaut $6{,}02 \times 10^{23}$.

Compléments

• Dans un échantillon, $n$ moles correspondent à $nN_A$ entités, et le nombre total d’entités est noté $N$.

📖 2. Masses molaires des espèces

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse molaire atomique : La masse d’une mole de ses atomes ; elle se note $M$ et s’exprime en $\mathrm{g\cdot mol^{-1}}$.
• Masse molaire moléculaire ou ionique : La masse molaire moléculaire ou ionique est la masse d’une mole de molécules ou d’ions et vaut la somme des masses molaires atomiques de tous les atomes qui les constituent.

📝 Points essentiels

• La valeur de la masse molaire atomique se trouve dans la classification périodique ou dans les données de l’énoncé.

• L’ion sulfate $\mathrm{SO_4^{2-}}$ contient un atome de soufre et quatre atomes d’oxygène, donc sa masse molaire vaut $M(\mathrm{SO_4^{2-}})=32{,}1+4\times16{,}0=96{,}1\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$.

• L’acétone $\mathrm{C_3H_6O}$ contient trois atomes de carbone, six d’hydrogène et un d’oxygène, donc sa masse molaire vaut $M(\mathrm{C_3H_6O})=3\times12{,}0+6\times1{,}0+16{,}0=58{,}0\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$.

📖 3. Masse volumique et quantité de matière

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse volumique : La masse volumique d’un échantillon solide ou liquide est le quotient de sa masse par son volume, soit $\rho=\frac{m}{V}$.

★ À maîtriser

📐 Formule - La quantité de matière, la masse et la masse molaire sont reliées par $n=\frac{m}{M}$, avec $n$ en mol, $m$ en g et $M$ en $\mathrm{g\cdot mol^{-1}}$.

📐 Formule - Pour un échantillon de volume $V$, la quantité de matière se calcule avec $n=\frac{\rho V}{M}$, lorsque $\rho$ est en g·L⁻¹, $V$ en L et $M$ en g·mol⁻¹.

Compléments

• Dans le système international, la masse s’exprime en kg, le volume en m³ et la masse volumique en kg·m⁻³.

• La masse volumique peut aussi s’exprimer en g·mL⁻¹, avec la masse en g et le volume en mL, ou en g·L⁻¹, avec la masse en g et le volume en L.

• À 20 °C, la masse volumique de l’eau est de 1000 g·L⁻¹, donc un litre d’eau a une masse de 1000 g.

• À 20 °C, la masse volumique de l’acétone est de 790 g·L⁻¹, donc un litre d’acétone a une masse de 790 g.

📖 4. Gaz et volume molaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Volume molaire : Le volume molaire $V_m$ d’un gaz est le volume occupé par une mole de ce gaz, quelle que soit sa nature.

📝 Points essentiels

📐 Formule - La quantité de matière d’un échantillon gazeux se calcule par $n=\frac{V}{V_m}$, avec $n$ en mol, $V$ en L et $V_m$ en L·mol⁻¹.

• À 20 °C et à la pression atmosphérique, le volume molaire vaut 24 L·mol⁻¹.

📖 5. Concentrations des solutions

🔑 Notions clés & Définitions

• Solution : Une solution est obtenue en dissolvant une ou plusieurs espèces chimiques solides, liquides ou gazeuses dans un liquide.
• Concentration en masse : La concentration en masse $C_m$ est la masse de soluté dissoute par litre de solution et s’exprime en g·L⁻¹.
• Concentration en quantité de matière : La concentration en quantité de matière $C$ est la quantité de matière de soluté dissoute par litre de solution et s’exprime en mol·L⁻¹.
• Soluté : Une espèce chimique dissoute dans une solution.
• Solvant : Le liquide dans lequel le soluté est dissous.

★ À maîtriser

📐 Formule - La concentration en masse est donnée par $C_m=\frac{m}{V}$, avec $m$ en g et $V$ en L.

📐 Formule - La concentration en quantité de matière est donnée par $C=\frac{n}{V}$, avec $n$ en mol et $V$ en L.

Compléments

• Une solution dont le solvant est l’eau est appelée solution aqueuse.

📐 Formule - La concentration en masse et la concentration en quantité de matière sont reliées par $C_m=CM$, avec $C$ en mol·L⁻¹, $C_m$ en g·L⁻¹ et $M$ en g·mol⁻¹.

📖 6. Préparation par dissolution et dilution

🔑 Notions clés & Définitions

• Dissolution : L’obtention d’une solution par mélange d’un solvant et d’un soluté.
• Dilution : Transforme une solution mère en une solution fille moins concentrée.
• Facteur de dilution : Le facteur de dilution est supérieur à 1 puisque la concentration de la solution mère $C_0$ est supérieure à celle de la solution fille $C$.

★ À maîtriser

📐 Formule - Pour préparer par dissolution un volume $V$ de solution à concentration $C$, la masse de soluté à prélever est $m=nM=CVM$, avec $C$ en mol·L⁻¹, $V$ en L et $M$ en g·mol⁻¹.

📌 Lors d’une dilution, la quantité de matière de soluté est conservée entre la solution mère prélevée et la solution fille obtenue.

📐 Formule - La conservation du soluté lors d’une dilution donne $CV=C_0V_0$, où $C,V$ désignent la concentration et le volume de la solution fille et $C_0,V_0$ ceux de la solution mère prélevée.

Compléments

• Dans la relation de dilution, les concentrations $C$ et $C_0$ doivent être exprimées dans la même unité, et les volumes $V$ et $V_0$ dans la même unité.

📖 7. Gestes expérimentaux de préparation

📝 Points essentiels

• La dissolution d’un solide dans une fiole jaugée consiste à tarer et peser le soluté, le transférer dans la fiole, rincer la coupelle et l’entonnoir à l’eau distillée, remplir la fiole à moitié, boucher et agiter pour dissoudre, compléter au trait de jauge en ajustant le bas du ménisque, puis boucher et agiter pour homogénéiser.

• La dilution en fiole jaugée consiste à verser de la solution mère dans un bécher, conditionner une pipette avec cette solution, prélever le volume souhaité à l’aide d’une propipette, transférer ce volume dans la fiole, ajouter de l’eau distillée jusqu’à l’encolure, boucher et agiter, compléter au trait de jauge en ajustant le bas du ménisque, puis boucher et agiter pour homogénéiser.

💡 Astuce mémo

Dissolution : peser → transférer → rincer → dissoudre → jauger.