Fiche de révision : La quantité de matière

📋 Plan du Cours

1. Mole et entités chimiques
2. Masse molaire atomique et isotopes
3. Masse molaire moléculaire et ionique
4. Quantité de matière par la masse
5. Quantité de matière des liquides
6. Volume molaire des gaz
7. Calculs pour les gaz

📖 1. Mole et entités chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Mole : Unité de quantité de matière.

★ À maîtriser

📐 Formule - La quantité de matière et le nombre d’entités sont liés par $n = \frac{N}{N_a}$, où n est en moles et N est un nombre sans unité.

• Une mole d’entités chimiques contient 6,02 × 10²³ entités, nombre appelé constante d’Avogadro et noté Nₐ.

• La constante d’Avogadro vaut Nₐ = 6,02 × 10²³ mol⁻¹.

Compléments

• La millimole vaut 10⁻³ mol et la micromole vaut 10⁻⁶ mol.

📖 2. Masse molaire atomique et isotopes

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse molaire atomique : Masse d’une mole des atomes de l’élément pris à l’état naturel, exprimée en g.mol⁻¹.

★ À maîtriser

📐 Formule - La masse molaire est liée à la masse d’une entité par $M = m_{\text{entité}} \times N_a$.

• La masse molaire atomique d’un élément tient compte de l’abondance naturelle de ses différents isotopes.

Compléments

• Les masses molaires atomiques courantes sont :

  • M(H) = 1,0 g.mol⁻¹
  • M(C) = 12,0 g.mol⁻¹
  • M(N) = 14,0 g.mol⁻¹
  • M(O) = 16,0 g.mol⁻¹
  • M(Cl) = 35,5 g.mol⁻¹

• Le chlore naturel contient 75,77 % de chlore 35 de masse molaire 35,0 g.mol⁻¹ et 24,23 % de chlore 37 de masse molaire 37,0 g.mol⁻¹, donnant une masse molaire moyenne de 35,5 g.mol⁻¹.

📖 3. Masse molaire moléculaire et ionique

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse molaire moléculaire : Masse d’une mole des molécules d’une espèce chimique.

★ À maîtriser

📌 La masse molaire moléculaire se calcule en additionnant les masses molaires des atomes qui constituent la molécule, en tenant compte de leur nombre dans la formule.

📌 La masse des électrons perdus ou gagnés par un ion est négligeable devant celle des atomes, donc la masse molaire de l’ion est considérée égale à celle de ses atomes constitutifs.

Compléments

• Pour l’éthanol C₂H₆O, la masse molaire vaut 2 × 12,0 + 6 × 1,0 + 16,0 = 46,0 g.mol⁻¹.

• La masse molaire de l’ion sulfate SO₄²⁻ vaut M(S) + 4 × M(O) = 96,1 g.mol⁻¹.

📖 4. Quantité de matière par la masse

★ À maîtriser

📐 Formule - Pour toute espèce chimique, la quantité de matière vérifie $n = \frac{m}{M}$, avec m en grammes et M en g.mol⁻¹.

Compléments

📐 Formule - La masse se calcule à partir de la quantité de matière par $m = n \times M$.

• Il n’existe pas d’appareil de laboratoire permettant de mesurer directement la quantité de matière ; elle se calcule à partir d’une autre mesure.

• Une masse de 22,5 g d’aspirine de masse molaire 180,0 g.mol⁻¹ correspond à 0,125 mol.

📖 5. Quantité de matière des liquides

★ À maîtriser

📐 Formule - Pour un liquide pur, $\rho = \frac{m}{V}$ et la quantité de matière s’obtient par $n = \frac{\rho \times V}{M}$.

Compléments

• Dans la relation pour un liquide pur, ρ s’exprime en g.mL⁻¹, V en mL et M en g.mol⁻¹.

• Pour 500 mL d’éthanol de masse volumique 0,79 g.mL⁻¹ et de masse molaire 46,0 g.mol⁻¹, la quantité de matière est 8,6 mol.

• Une masse volumique de 1,0 kg.L⁻¹ équivaut à 1 000 g.L⁻¹.

• Pour 2,50 × 10⁻² mol d’acide palmitique de masse molaire 256,0 g.mol⁻¹ et de masse volumique 0,85 g.mL⁻¹, le volume est 7,5 mL.

📖 6. Volume molaire des gaz

🔑 Notions clés & Définitions

• Volume molaire : Volume occupé par une mole de gaz pour une température et une pression données ; il s’exprime en L.mol⁻¹ et est identique pour tous les gaz dans ces conditions.

★ À maîtriser

• Aux conditions normales de température et de pression (T = 0 °C et P = 1,013 bar), le volume molaire vaut 22,4 L.mol⁻¹.

Compléments

• À T = 25 °C et P = 1,013 bar, le volume molaire vaut 24,5 L.mol⁻¹.

💡 Astuce mémo

Plus chaud : volume molaire plus grand ; plus pressurisé : volume molaire plus petit.

📖 7. Calculs pour les gaz

★ À maîtriser

📐 Formule - Pour un gaz, la quantité de matière est donnée par $n = \frac{V}{V_m}$, avec V en litres et Vₘ en L.mol⁻¹.

Compléments

📐 Formule - Le volume d’un gaz se calcule par $V = n \times V_m$.

• Dans les conditions normales, 40 L de méthane correspondent à 1,8 mol lorsque Vₘ = 22,4 L.mol⁻¹.

• Dans les conditions normales, 4,8 × 10⁻² mol de dioxyde de carbone occupent 1,1 L lorsque Vₘ = 22,4 L.mol⁻¹.

• Pour 300 mL de diazote gazeux, la quantité de matière vaut 1,34 × 10⁻² mol et la masse vaut 0,375 g.