Fiche de révision : Quantité de matière et classification

📋 Plan du Cours

1. Classification périodique des éléments
2. Mole et constante d’Avogadro
3. Masse molaire et nombre d’entités
4. Volume molaire des gaz
5. Calculs de quantité de matière
6. Préparation des solutions aqueuses
7. Composition ionique des solutions

📅 Repères chronologiques

1. 1811Amedeo Avogadro émet l’idée que le nombre de molécules dans les gaz est identique à volume égal, ou proportionnel aux volumes.
2. 1909Jean Perrin fixe la valeur du nombre d’Avogadro.
3. 1971La mole devient l’unité de base des quantités de matière et le nombre d’Avogadro prend le nom de constante d’Avogadro.

📖 1. Classification périodique des éléments

★ À maîtriser

• La classification périodique présentée comporte 18 colonnes principales et 7 périodes.

Compléments

• Les informations indiquées dans une case sont : le nombre de masse de l’isotope le plus abondant, le numéro atomique, le symbole de l’élément, la masse molaire atomique en g·mol⁻¹

• Les lanthanides occupent les numéros atomiques 57 à 71 et comprennent La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb et Lu.

• Les actinides occupent les numéros atomiques 89 à 103 et comprennent Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No et Lr.

📖 2. Mole et constante d’Avogadro

🔑 Notions clés & Définitions

• Constante d’Avogadro : Nombre d’entités élémentaires contenues dans une mole, égal approximativement à 6,022 × 10²³ mol⁻¹.

📝 Points essentiels

• Une mole correspond au nombre d’atomes contenus dans 12 g de carbone 12, soit approximativement 6,022 × 10²³ entités.

📖 3. Masse molaire et nombre d’entités

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse molaire : Masse d’une mole des entités d’une espèce chimique, exprimée en g·mol⁻¹.

★ À maîtriser

📐 Formule - La quantité de matière est reliée au nombre d’entités par $n = \frac{N}{N_a}$, où n s’exprime en moles et Nₐ en mol⁻¹.

📐 Formule - La quantité de matière d’un échantillon se calcule par $n = \frac{m}{M}$, où m est sa masse et M sa masse molaire.

Compléments

📐 Formule - Le nombre d’entités d’un échantillon est donné par $N = nN_a$.

• La masse molaire moléculaire se calcule en additionnant les masses molaires atomiques des atomes constitutifs de la molécule.

• Les masses molaires atomiques indiquées sont :

  • H : 1,0 g·mol⁻¹
  • C : 12,0 g·mol⁻¹
  • O : 16,0 g·mol⁻¹
  • Pb : 207,2 g·mol⁻¹

📖 4. Volume molaire des gaz

🔑 Notions clés & Définitions

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

★ À maîtriser

📐 Formule - Le volume d’un gaz vérifie $V = nV_m$.

Compléments

• À 0 °C et 101,13 kPa, le volume molaire de tout gaz vaut 22,4 L·mol⁻¹.

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

• Un volume de 5 L de dioxygène à 20 °C et 1 atm correspond à 0,2 mol, en utilisant Vₘ = 24 L·mol⁻¹.

📖 5. Calculs de quantité de matière

★ À maîtriser

📐 Formule - Pour le polystyrène de formule C₈H₈, la masse molaire vaut $M(C₈H₈)=8×12+8×1=104\,\mathrm{g·mol^{-1}}$.

📐 Formule - Pour une quantité de matière n, le nombre d’entités est $N=nN_A$, avec $N_A=6{,}022×10^{23}\,\mathrm{mol^{-1}}$.

Compléments

• Pour le plomb, la quantité de matière de 18 g est calculée avec la masse molaire de 207,2 g·mol⁻¹, ce qui donne 0,0869 mol.

• Un échantillon de polystyrène de 189 g correspond à $n=189/104=1{,}82\,\mathrm{mol}$ et contient $N=1{,}096×10^{24}$ entités.

📖 6. Préparation des solutions aqueuses

★ À maîtriser

📐 Formule - La masse à peser pour préparer une solution de concentration massique Cₘ et de volume V vérifie $m=C_mV$.

📐 Formule - La concentration molaire d’une solution s’obtient par $C=n/V$.

📐 Formule - Lors d’une dilution, la conservation de la quantité de soluté vérifie $C_{mère}V_{mère}=C_{fille}V_{fille}$.

Compléments

• Pour préparer 50,0 mL d’une solution de thiosulfate de sodium de concentration massique 30,0 g·L⁻¹, il faut peser 1,5 g de thiosulfate pentahydraté de masse molaire 248,2 g·mol⁻¹.

• La solution S₀ préparée avec 1,5 g de thiosulfate pentahydraté dans 50,0 mL a une concentration molaire C₀ de 0,120 mol·L⁻¹.

• Pour préparer 100,0 mL de solution S₁ à la concentration C₀/20, il faut prélever 5,0 mL de solution mère S₀.

📖 7. Composition ionique des solutions

★ À maîtriser

📐 Formule - La dissolution de Na₂S₂O₃ suit l’équation $\mathrm{Na_2S_2O_3(s)\rightarrow 2Na^+(aq)+S_2O_3^{2-}(aq)}$.

Compléments

• Dans S₀, de concentration C₀ = 0,120 mol·L⁻¹, les concentrations ioniques sont [Na⁺] = 0,240 mol·L⁻¹ et [S₂O₃²⁻] = 0,120 mol·L⁻¹.