Fiche de révision : Quantité de matière et solutions

📋 Plan du Cours

1. La mole et la constante d’Avogadro
2. Masse molaire des espèces chimiques
3. Quantité de matière et relations
4. Solutions et concentrations
5. Préparation et dilution des solutions
6. Couleur et absorption lumineuse
7. Spectrophotométrie et Beer-Lambert

📖 1. La mole et la constante d’Avogadro

🔑 Notions clés & Définitions

• Mole : Unité de quantité de matière correspondant à 6,02 × 10²³ entités chimiques.
• Constante d’Avogadro : La constante d’Avogadro, notée Nₐ ou N_A, vaut 6,022 × 10²³ mol⁻¹.

📖 2. Masse molaire des espèces chimiques

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse molaire : La masse molaire M d’une espèce chimique est la masse d’une mole de cette espèce et s’exprime en g/mol ou g·mol⁻¹.
• Masse molaire moléculaire : La masse molaire moléculaire est la somme des masses molaires atomiques des atomes constituant la molécule.
• Masse molaire atomique : La masse molaire atomique est la masse d’une mole d’atomes de l’élément considéré.

📝 Points essentiels

• La masse molaire moléculaire du saccharose C₁₂H₂₂O₁₁ est 342 g·mol⁻¹.

📖 3. Quantité de matière et relations

🔑 Notions clés & Définitions

• Volume molaire gazeux : Le volume molaire gazeux Vₘ est le volume occupé par une mole de gaz dans des conditions données de température et de pression.

★ À maîtriser

📐 Formule - La masse et la quantité de matière d’une espèce pure sont reliées par $m=n\times M$ et $n=\frac{m}{M}$.

📐 Formule - Pour un gaz, le volume et la quantité de matière sont reliés par $V=n\times V_m$ et $n=\frac{V}{V_m}$.

Compléments

• Dans la relation entre masse, quantité de matière et masse molaire, n s’exprime en mol, m en g et M en g·mol⁻¹.

• Dans la relation des gaz, n s’exprime en mol, V en L et Vₘ en L·mol⁻¹.

📖 4. Solutions et concentrations

🔑 Notions clés & Définitions

• Solution : Mélange constitué d’un solvant et d’un ou plusieurs solutés.
• Solution aqueuse : Solution dont le solvant principal est l’eau.
• Concentration molaire : La concentration molaire C d’une solution est la quantité de matière de soluté par volume de solution, selon $C=\frac{n}{V_{\text{sol}}}$.
• Concentration massique : La concentration en masse, ou titre massique, t ou Cₘ, est la masse de soluté par volume de solution, selon $t=C_m=\frac{m}{V}$.

📝 Points essentiels

📐 Formule - La fraction massique en espèce X est $\%_m=\frac{m(X)}{m_{\text{solution}}}\times100$ et s’exprime sans unité.

📖 5. Préparation et dilution des solutions

🔑 Notions clés & Définitions

• Dilution : Ajout de solvant à une solution mère pour obtenir une solution fille moins concentrée.

★ À maîtriser

• Lors d’une dissolution, un soluté solide est dissous dans un solvant pour préparer une solution.

📐 Formule - Pour préparer une solution par dissolution, la masse de soluté à peser vérifie $m=C_m\times V_{\text{solution}}$.

📐 Formule - Lors d’une dilution, la quantité de matière prélevée se conserve : $C_{\text{mère}}V_{\text{mère}}=C_{\text{fille}}V_{\text{fille}}$.

Compléments

• Pour réaliser la dilution décrite, on prélève à la pipette jaugée le volume calculé, on le verse dans une fiole jaugée, on remplit à moitié avec le solvant, puis on complète jusqu’au trait de jauge.

• La fiole jaugée est le matériel indiqué comme le plus précis dans le cours.

💡 Astuce mémo

Dilution : prélever, verser dans la fiole, remplir à moitié, compléter au trait.

📖 6. Couleur et absorption lumineuse

🔑 Notions clés & Définitions

• Absorbance : L’absorbance A est la proportion de lumière absorbée par une solution colorée à une longueur d’onde donnée et elle est sans unité.

★ À maîtriser

• La couleur d’une solution est la couleur complémentaire de la ou des couleurs qu’elle absorbe.

Compléments

• Une solution colorée absorbe de la lumière dans le domaine visible.

• La solution aqueuse de permanganate de potassium apparaît magenta à la lumière du jour.

• Le spectrophotomètre mesure l’absorbance et affiche une valeur comprise entre 0 et 2, sans unité.

• Pour une solution aqueuse de diiode, la longueur d’onde d’absorbance maximale est environ 475 nm.

💡 Astuce mémo

Couleur absorbée ≠ couleur perçue : la solution apparaît dans la couleur complémentaire.

📖 7. Spectrophotométrie et Beer-Lambert

★ À maîtriser

📐 Formule - Dans le domaine étudié, l’absorbance et la concentration sont proportionnelles : $A=k\times C$.

📐 Formule - Pour une solution colorée diluée, la loi de Beer-Lambert s’écrit $A(\lambda)=\varepsilon(\lambda)\cdot\ell\cdot C$, avec A sans unité, ℓ en cm et ε(λ) en mol⁻¹·L·cm⁻¹.

• La droite d’étalonnage A = f(C) permet de déterminer la concentration d’une espèce colorée et donc de la doser.

Compléments

• Pour mesurer l’absorbance à une longueur d’onde donnée, un système dispersif du spectrophotomètre sélectionne une radiation monochromatique.

• Pour construire une droite d’étalonnage, on mesure l’absorbance de solutions diluées préparées à partir d’une solution mère, à la longueur d’onde d’absorbance maximale.

📌 La loi de Beer-Lambert s’applique aux solutions diluées, et son coefficient ελ dépend de la température, du solvant et de la longueur d’onde.

💡 Astuce mémo

À longueur d’onde et épaisseur fixées, concentration ↑ → absorbance ↑.