Fiche de révision : Notions de base en chimie

📋 Plan du Cours

1. Composition des solutions
2. Calculs de composition
3. Mélanges gazeux et pressions
4. Bilan matière et stœchiométrie
5. Réactions d’oxydoréduction
6. Degrés d’oxydation
7. Équilibrage des réactions redox
8. Avancement et équilibre

📖 1. Composition des solutions

🔑 Notions clés & Définitions

• Nombre de matière : Le nombre de matière n représente la quantité de matière et une mole de O₂ contient 6,022·10²³ molécules de O₂.
• Fraction molaire : La fraction molaire du composé i est le rapport du nombre de moles de i au nombre total de moles.
• Fraction massique : La fraction massique du composé i est le rapport de la masse de i à la masse totale.
• Molalité : La molalité est le nombre de moles de soluté rapporté à la masse de solvant, qui reste constante lorsque la température varie.
• Concentration : La concentration du composé i est le rapport de la quantité de matière ou de la masse de i au volume total de solution.
• Masse volumique : La masse volumique ρ caractérise la masse par unité de volume.

📝 Points essentiels

📐 Formule — La masse molaire vérifie $M=\frac{m}{n}$, où m est la masse et n le nombre de matière.

💡 Astuce mémo

Molarité = volume de solution, molalité = masse de solvant

📖 2. Calculs de composition

★ À maîtriser

• Pour une solution de NaNO₃ à 3 mol·L⁻¹ de densité 1,159 à 20 °C, les résultats sont une concentration massique de 255 g·L⁻¹, une fraction molaire de 0,056, une fraction massique de 0,220 et une molalité de 3,32 mol·kg⁻¹ de solvant.

Compléments

• Pour des solutions aqueuses de H₂SO₄, les fractions molaires obtenues sont 0,0177 pour une solution 1 molale, 0,0183 pour une solution 1 molaire de densité 1,065 à 20 °C et 0,077 pour 5·10²³ molécules de H₂SO₄ dans 6·10²⁴ molécules d’eau.

💡 Astuce mémo

Moles → masse → fractions → molalité

📖 3. Mélanges gazeux et pressions

🔑 Notions clés & Définitions

• Pression partielle : La pression partielle pi est la pression exercée par un constituant d’un mélange gazeux idéal.

★ À maîtriser

• Dans une enceinte de 10 L contenant 3 g de N₂, 2,2 g de He et 1,9 g de H₂ à 30 °C, la pression totale est 4,048 bar, avec pN₂ = 0,270 bar, pHe = 1,385 bar et pH₂ = 2,393 bar.

Compléments

• La conversion utilisée dans les exercices est 1 bar = 10⁵ Pa.

📖 4. Bilan matière et stœchiométrie

🔑 Notions clés & Définitions

• Coefficient stœchiométrique : Un coefficient stœchiométrique est un nombre placé devant un réactif ou un produit pour équilibrer le nombre d’atomes, généralement entier mais parfois fractionnaire.

📝 Points essentiels

📌 Le bilan matière conserve le nombre d’atomes et la masse totale, mais le nombre de moles peut changer entre les réactifs et les produits.

📌 Une réaction est stœchiométrique lorsque les quantités initiales des réactifs respectent les proportions de l’équation équilibrée ; sinon, un réactif est limitant et l’autre est en excès.

💡 Astuce mémo

Équation équilibrée → proportions molaires → réactif limitant

📖 5. Réactions d’oxydoréduction

🔑 Notions clés & Définitions

• Réducteur : Un réducteur libère des électrons en solution aqueuse.
• Oxydant : Un oxydant capte des électrons en solution aqueuse.
• Réaction redox : Une réaction électrochimique, ou redox, est le bilan de deux demi-équations électroniques mettant en jeu des couples oxydoréducteurs.

💡 Astuce mémo

Le réducteur donne les électrons, l’oxydant les capte

📖 6. Degrés d’oxydation

★ À maîtriser

• Dans une molécule, l’hydrogène vaut généralement +I, sauf dans les hydrures où il vaut −I et dans H₂ où il vaut 0.

• Dans une molécule, l’oxygène vaut généralement −II, sauf dans O₂ où il vaut 0 et dans les peroxydes où il vaut −I.

• La somme des degrés d’oxydation est nulle dans une molécule neutre et égale à la charge dans un ion.

Compléments

• Dans Mn₃O₄, l’oxygène vaut −II et les trois atomes de manganèse comprennent deux Mn(+III) et un Mn(+II).

📖 7. Équilibrage des réactions redox

📝 Points essentiels

• Pour équilibrer une réaction redox par les degrés d’oxydation, on détermine les degrés d’oxydation, on calcule les électrons échangés, on déduit les coefficients stœchiométriques, puis on équilibre l’oxygène avec H₂O et l’hydrogène avec H⁺.

📌 Une réaction est électrochimique si le degré d’oxydation d’au moins un atome change entre les réactifs et les produits ; sans changement, elle est chimique.

💡 Astuce mémo

DO → électrons → O par H₂O → H par H⁺

📖 8. Avancement et équilibre

🔑 Notions clés & Définitions

• Avancement : L’avancement x d’une réaction est exprimé en moles et décrit l’évolution des quantités de matière selon les coefficients stœchiométriques.

★ À maîtriser

• 🔄 Le tableau d’avancement suit trois états:
  1. Quantités initiales
  2. Variations stœchiométriques
  3. Quantités finales ou d’équilibre

📌 Dans la saponification étudiée, la soude est en excès, l’avancement final vaut 0,5 mol et le taux d’avancement vaut 1, tandis que les taux de dissociation de l’ester et de la soude valent respectivement 1 et 0,5.

• Pour la dissociation de 2 moles de PCl₅ à 230 °C et 1 atm, l’avancement vaut 1,075 mol, le taux de dissociation et le taux d’avancement valent 0,54, et les pressions partielles sont pPCl₅ = 0,30 atm et pPCl₃ = pCl₂ = 0,35 atm.

Compléments

• À la fin de la saponification, les masses sont nulles pour l’éthanoate d’éthyle, 20 g pour la soude, 41 g pour l’acétate de sodium et 23 g pour l’alcool.

💡 Astuce mémo

Avancement en moles, taux d’avancement en fraction

📊 Tableaux de synthèse

Grandeurs de composition