Fiche de révision : Outils de description d’un système chimique

📋 Plan du Cours

1. Mole et quantité de matière
2. Masses molaires des entités
3. Corps purs et quantité de matière
4. Concentrations des solutions
5. Concentration molaire et massique
6. Dissolution d’un solide
7. Dilution d’une solution mère

📖 1. Mole et quantité de matière

🔑 Notions clés & Définitions

• Mole : Paquet de 6,02 × 10^23 entités chimiques identiques.
• Quantité de matière : La quantité de matière représente le nombre de moles présentes dans un échantillon et se note n ; son unité est la mole, notée mol.

📝 Points essentiels

📐 Formule — Pour un échantillon contenant N entités chimiques, la quantité de matière vérifie $n = \frac{N}{N_A}$.

• Le nombre d’entités par mole est une constante universelle appelée nombre d’Avogadro, notée N_A, et sa valeur est N_A = 6,02 × 10^23 mol−1.

📖 2. Masses molaires des entités

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse molaire atomique : Masse d’une mole d’atomes identiques d’un élément ; elle se note M et s’exprime en g·mol−1.
• Masse molaire ionique : La masse molaire d’un ion monoatomique est égale à la masse molaire atomique de l’élément correspondant, car la masse des électrons est négligeable devant celle de l’atome.

• Masse molaire moléculaire : La masse molaire moléculaire est la masse d’une mole de molécules identiques et se calcule en additionnant les masses molaires atomiques de tous les atomes de la formule brute.

📝 Points essentiels

• M(Al) = 27,0 g·mol−1 signifie qu’une mole d’atomes d’aluminium a une masse de 27,0 g.

• Pour le sodium, M(Na) = M(Na+) = 23,0 g·mol−1.

• Pour l’eau, M(H₂O) = 2 × M(H) + M(O) = 2 × 1,0 + 16,0 = 18,0 g·mol−1.

💡 Astuce mémo

Atome → ion → molécule : la masse molaire se construit progressivement.

📖 3. Corps purs et quantité de matière

🔑 Notions clés & Définitions

• Volume molaire : Volume occupé par une mole de gaz ; il dépend de la température et de la pression, mais pas de la nature du gaz.

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour un échantillon d’une espèce chimique pure de masse m et de masse molaire M, la quantité de matière vérifie $n = \frac{m}{M}$ et $m = nM$.

📐 Formule — Pour une espèce liquide ou solide de masse volumique ρ et de volume V, la masse vérifie $m = \rho V$.

📐 Formule — Pour un échantillon de gaz, la quantité de matière et le volume sont liés par $n_{gaz} = \frac{V_{gaz}}{V_m}$ et $V_{gaz} = n_{gaz}V_m$.

Compléments

📐 Formule — Pour une espèce liquide ou solide, la quantité de matière vérifie $n = \frac{\rho V}{M}$ et le volume vérifie $V = \frac{nM}{\rho}$.

• À la pression atmosphérique de 101325 Pa, le volume molaire vaut 22,4 L·mol−1 à 0 °C et 24,5 L·mol−1 à 25 °C ; à 25 °C et 2 fois la pression atmosphérique, il vaut 12,2 L·mol−1.

📖 4. Concentrations des solutions

🔑 Notions clés & Définitions

• Solution : Mélange homogène obtenu par dissolution d’une ou plusieurs espèces chimiques, appelées solutés, dans un liquide appelé solvant.
• Concentration en masse : Masse de soluté dissous par litre de solution et s’exprime en g·L−1.

★ À maîtriser

📐 Formule — La concentration en masse vérifie $C_m = \frac{m_{soluté}}{V_{solution}}$, ainsi que $m_{soluté} = C_mV_{solution}$.

Compléments

• Lorsque le solvant est l’eau, la solution est aqueuse ; le soluté peut être un solide, un liquide ou un gaz, et être ionique ou moléculaire.

• Une solution d’eau salée de concentration en masse 22,5 g·L−1 contient 22,5 g de chlorure de sodium dissous dans 1 L de solution.

💡 Astuce mémo

ρ concerne toute la solution, tandis que Cm concerne le soluté dissous.

📖 5. Concentration molaire et massique

🔑 Notions clés & Définitions

• Concentration en quantité de matière : Quantité de matière de soluté dissous par litre de solution et s’exprime en mol·L−1.

★ À maîtriser

📐 Formule — La concentration en quantité de matière vérifie $C = \frac{n_{soluté}}{V_{solution}}$, ainsi que $n_{soluté} = CV_{solution}$.

📐 Formule — La concentration en masse et la concentration en quantité de matière sont liées par $C_m = CM$ et $C = \frac{C_m}{M}$.

Compléments

• Une solution d’eau salée de concentration en quantité de matière 3,5 × 10−2 mol·L−1 contient 3,5 × 10−2 mol de chlorure de sodium dissous dans 1 L de solution.

📖 6. Dissolution d’un solide

🔑 Notions clés & Définitions

• Dissolution : Mélange d’un soluté dans un solvant afin d’obtenir un mélange homogène.

📝 Points essentiels

📐 Formule — Pour préparer une solution de concentration C et de volume V à partir d’un solide, on calcule la quantité de matière à dissoudre avec $n = CV$, puis la masse avec $m = nM$.

• 🔄 La préparation par dissolution suit les étapes suivantes:
  1. Peser le solide
  2. Introduire le solide dans une fiole jaugée
  3. Rincer le matériel dans la fiole
  4. Ajouter de l’eau distillée
  5. Dissoudre par agitation
  6. Compléter jusqu’au trait de jauge
  7. Homogénéiser

💡 Astuce mémo

Peser → dissoudre → compléter → homogénéiser.

📖 7. Dilution d’une solution mère

🔑 Notions clés & Définitions

• Dilution : Ajout d’eau à une solution aqueuse mère pour préparer une solution aqueuse fille moins concentrée.
• Facteur de dilution : Le facteur de dilution F est le rapport entre la concentration de la solution mère et celle de la solution fille, soit $F = \frac{C_{mère}}{C_{fille}} = \frac{V_{fille}}{V_{mère}}$.

★ À maîtriser

📐 Formule — Lors d’une dilution, la quantité de matière de soluté est conservée et vérifie $C_{mère}V_{mère} = C_{fille}V_{fille}$, donc $V_{mère} = \frac{C_{fille}V_{fille}}{C_{mère}}$.

• 🔄 La préparation par dilution suit les étapes suivantes:
  1. Rincer la fiole jaugée
  2. Rincer la pipette avec la solution mère
  3. Prélever le volume nécessaire
  4. Transférer le prélèvement dans la fiole
  5. Ajouter de l’eau distillée
  6. Agiter
  7. Compléter jusqu’au trait de jauge
  8. Homogénéiser

Compléments

• Diluer 50 fois signifie que le facteur de dilution vaut 50 et que la concentration est divisée par 50 ; diluer au dixième signifie que le facteur vaut 10 et que la concentration est divisée par 10.

• Pour un prélèvement différent de 1, 2, 5, 10 ou 20 mL, on utilise une pipette graduée ou une burette graduée plutôt qu’une pipette jaugée.

💡 Astuce mémo

Ajout d’eau → volume augmente → concentration diminue.

📊 Tableaux de synthèse

Concentrations et grandeurs associées