Fiche de révision : Quantité de matière et solutions

📋 Plan du Cours

1. Quantité de matière et mole
2. Masses molaires des espèces
3. Masse, volume et quantité
4. Gaz et volume molaire
5. Concentrations des solutions
6. Préparation des solutions
7. Dosage par étalonnage

📖 1. Quantité de matière et mole

🔑 Notions clés & Définitions

• Quantité de matière : La grandeur utilisée pour dénombrer des entités chimiques comme les atomes, les molécules et les ions, et elle s’exprime en mol.

📝 Points essentiels

📐 Formule — La quantité de matière et le nombre d’entités sont liés par $n=\frac{N}{N_A}$, avec $N_A=6{,}02\times10^{23}\ \mathrm{mol^{-1}}$, et donc $N=n\times N_A$.

📖 2. Masses molaires des espèces

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse molaire atomique : La masse d’une mole d’un élément et s’exprime en g·mol⁻¹.
• Masse molaire moléculaire : La masse d’une mole de molécules et correspond à la somme des masses molaires atomiques de tous leurs atomes.

★ À maîtriser

• Pour un atome noté $^{A}_{Z}X$, A est le nombre de nucléons et Z est le nombre de protons, égal au numéro atomique.

• Le chlore naturel contient 75 % de ³⁵₁₇Cl et 25 % de ³⁷₁₇Cl, ce qui donne une masse molaire moyenne de 35,5 g·mol⁻¹.

• La masse molaire d’un ion monoatomique est considérée comme égale à celle de l’atome correspondant, car la masse des électrons est négligeable.

Compléments

📐 Formule — La masse d’un atome peut être estimée par $m_{atome}=A\times m_{nucléon}+Z\times m_e$, avec $m_{nucléon}=1{,}64\times10^{-27}\ \mathrm{kg}$ et $m_e=9{,}1\times10^{-31}\ \mathrm{kg}$.

• Les masses molaires moléculaires sont:
  • H₂O : 18 g·mol⁻¹
  • CH₄ : 16 g·mol⁻¹
  • CO₂ : 44 g·mol⁻¹
  • NH₃ : 17 g·mol⁻¹
  • C₂H₆O : 46 g·mol⁻¹
  • C₆H₁₂O₆ : 180 g·mol⁻¹

💡 Astuce mémo

Atome → molécule → ion : additionner les masses molaires adaptées

📖 3. Masse, volume et quantité

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour une espèce chimique de masse m et de masse molaire M, la quantité de matière vérifie $n=\frac{m}{M}$ et $m=n\times M$.

📐 Formule — La masse volumique vérifie $\rho=\frac{m}{V}$, donc le volume s’obtient par $V=\frac{m}{\rho}$.

Compléments

📐 Formule — La densité d’une substance est définie par $d=\frac{\rho}{\rho_{eau}}$ et la densité de l’eau vaut 1.

• Un échantillon de 0,25 mol de glucose, dont la masse molaire vaut 180 g·mol⁻¹, a une masse de 45 g.

📖 4. Gaz et volume molaire

🔑 Notions clés & Définitions

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

📝 Points essentiels

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

• À 20 °C et sous une pression de 1013 hPa, le volume molaire des gaz vaut 24,0 L·mol⁻¹.

📖 5. Concentrations des solutions

🔑 Notions clés & Définitions

• Concentration molaire : Le quotient de la quantité de matière de soluté par le volume de solution et s’exprime en mol·L⁻¹.
• Concentration massique : La concentration massique est le quotient de la masse de soluté par le volume de solution et vérifie $C_m=C\times M$.

📝 Points essentiels

📐 Formule — La concentration molaire vérifie $C=\frac{n}{V}$ et donc $n=C\times V$.

💡 Astuce mémo

Concentration molaire : mol/L ; concentration massique : g/L

📖 6. Préparation des solutions

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour préparer une solution par dissolution, la masse de soluté à peser vérifie $m=C\times V\times M$.

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

• 🔄 La dissolution suit la transformation:
  1. soluté solide
  2. solvant liquide
  3. solution

Compléments

📐 Formule — Le facteur de dilution est $F=\frac{C_{mère}}{C_{fille}}=\frac{V_{fille}}{V_{mère}}>1$.

💡 Astuce mémo

Dissolution : soluté + solvant → solution ; dilution : concentration diminue, quantité de matière conservée

📖 7. Dosage par étalonnage

🔑 Notions clés & Définitions

• Absorbance : Une grandeur sans unité liée à la proportion de lumière absorbée par un soluté pour une longueur d’onde donnée.

★ À maîtriser

📐 Formule — La loi de Beer-Lambert relie l’absorbance à la concentration par $A=\varepsilon_\lambda\times\ell\times C$.

• En dosage par étalonnage, on règle le spectrophotomètre sur la longueur d’onde maximale d’absorption λmax, puis on mesure l’absorbance de la solution.

Compléments

• L’analyse dimensionnelle de la loi de Beer-Lambert donne pour le coefficient d’extinction molaire l’unité cm⁻¹·L·mol⁻¹.

• Dans la loi de Beer-Lambert, ελ est le coefficient d’extinction molaire, ℓ est la largeur de la cuve en cm et C est la concentration molaire de l’espèce colorée en mol·L⁻¹.

💡 Astuce mémo

Concentration colorée ↑ → lumière absorbée ↑ → absorbance ↑

📊 Tableaux de synthèse

Relations de calcul essentielles