Fiche de révision : Quantité de matière et solutions

📋 Plan du Cours

1. Grandeurs unités et conversions
2. Puissances notation et précision
3. Masse molaire des espèces
4. Quantité de matière par masse
5. Quantité de matière par volume
6. Concentration et dilution
7. Applications expérimentales
8. Mole et risque sanitaire

📖 1. Grandeurs unités et conversions

★ À maîtriser

• Une grandeur physique est une caractéristique mesurée, tandis qu’une unité permet de la quantifier.

📐 Formule — La masse volumique est définie par $\rho = \frac{m}{V}$.

• Les conversions de volume utilisent les égalités 1 L = 1 dm³ et 1 mL = 1 cm³.

Compléments

• Les sept unités fondamentales du SI sont:
  • le mètre pour la distance
  • la seconde pour la durée
  • le kilogramme pour la masse
  • l’ampère pour l’intensité électrique
  • le kelvin pour la température
  • la candela pour l’intensité lumineuse
  • la mole pour la quantité de matière

📖 2. Puissances notation et précision

🔑 Notions clés & Définitions

• Notation scientifique : écrit une valeur sous la forme $a \times 10^n$, avec $1 \leq a < 10$

★ À maîtriser

📌 En multiplication ou division, le résultat possède autant de chiffres significatifs que la donnée qui en possède le moins.

Compléments

📌 En addition ou soustraction, le résultat possède autant de chiffres après la virgule que la donnée qui en possède le moins.

📐 Formule — Les puissances de dix vérifient $10^a \times 10^b = 10^{a+b}$, $\frac{10^a}{10^b}=10^{a-b}$ et $(10^a)^b=10^{ab}$.

• Les préfixes kilo, méga, giga, milli, micro et nano correspondent respectivement à $10^3$, $10^6$, $10^9$, $10^{-3}$, $10^{-6}$ et $10^{-9}$.

📌 La précision d’une mesure dépend de la plus petite graduation ou mesure possible de l’appareil utilisé.

📖 3. Masse molaire des espèces

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse molaire : la masse d’une mole d’une espèce chimique et s’exprime en grammes par mole

★ À maîtriser

• La masse molaire moléculaire se calcule en additionnant les masses molaires atomiques de tous les atomes indiqués dans la formule brute.

• La constante d’Avogadro vaut $N_A=6{,}022\times10^{23}\ \mathrm{mol^{-1}}$.

Compléments

• Pour l’aspirine C9H8O3, la masse molaire moléculaire vaut $M=9\times12+8\times1+3\times16=180\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$.

💡 Astuce mémo

Atomes → formule → somme des masses molaires

📖 4. Quantité de matière par masse

★ À maîtriser

📐 Formule — La quantité de matière se calcule à partir de la masse par la relation $n=\frac{m}{M}$, où n est en mol, m en g et M en g.mol⁻¹.

📐 Formule — La masse d’une espèce chimique se calcule par $m=n\times M$.

Compléments

• Pour 280 g de glucose C6H12O6 de masse molaire 180 g.mol⁻¹, la quantité de matière vaut $n=\frac{280}{180}\ \mathrm{mol}$.

• Pour calculer une masse à partir d’une quantité de matière, on détermine d’abord la masse molaire, puis on applique $m=nM$ en vérifiant la cohérence des unités.

📖 5. Quantité de matière par volume

🔑 Notions clés & Définitions

• Volume molaire : le volume occupé par une mole de ce gaz

📝 Points essentiels

📐 Formule — La quantité de matière d’un liquide de masse volumique ρ et de volume V se calcule par $n=\frac{\rho V}{M}$.

• À 25 °C et 1013 hPa, le volume molaire des gaz vaut 24,5 L.mol⁻¹.

📐 Formule — Pour un gaz, la quantité de matière se calcule par $n=\frac{V}{V_m}$.

💡 Astuce mémo

Liquide : masse volumique ; gaz : volume molaire

📖 6. Concentration et dilution

🔑 Notions clés & Définitions

• Concentration molaire : la quantité de matière de soluté par unité de volume de solution

★ À maîtriser

📐 Formule — La concentration molaire se calcule par $c=\frac{n}{V}$, avec n en mol et V en L.

• 🔄 Une dissolution comprend:
  1. un soluté
  2. un solvant
  3. une solution homogène

📐 Formule — Lors d’une dilution, la quantité de matière de soluté prélevée est conservée et vérifie $c_mV_m=c_fV_f$.

Compléments

📐 Formule — Le facteur de dilution est le rapport $F=\frac{c_m}{c_f}=\frac{V_f}{V_m}$.

💡 Astuce mémo

Ajout de soluté → concentration ; ajout de solvant → dilution

📖 7. Applications expérimentales

★ À maîtriser

• Pour reformuler un protocole à partir d’une quantité de matière, on calcule d’abord la masse ou le volume correspondant, puis on exprime les étapes avec les unités adaptées.

Compléments

• Pour le bicarbonate de sodium NaHCO3, la masse molaire calculée avec M(Na)=23, M(H)=1, M(C)=12 et M(O)=16 vaut 84 g.mol⁻¹.

• Pour l’huile de colza de masse volumique 0,92 kg.L⁻¹ et de quantité de matière 9,34×10⁻² mol, on calcule d’abord sa masse molaire puis sa masse et son volume.

• Le matériel de dissolution comprend notamment:

  • une balance
  • une coupelle de pesée
  • une spatule
  • une fiole jaugée
  • une pipette
  • une pissette d’eau distillée

💡 Astuce mémo

Peser → mesurer → calculer → reformuler le protocole

📖 8. Mole et risque sanitaire

★ À maîtriser

• La concentration massique limite autorisée de NMOR dans l’eau est de 0,10 μg.L⁻¹.

• La formule brute de la N-nitrosomorpholine est C4H8N2O2 et sa masse molaire moléculaire vaut 116 g.mol⁻¹.

📐 Formule — Le nombre de molécules se calcule par $N=n\times N_A$.

Compléments

• Le 26 juillet 2012, 20 000 habitants de deux agglomérations de Seine-Maritime ont été invités à ne plus consommer l’eau du robinet à cause d’une présence anormale de NMOR.

• La masse d’un nucléon vaut 1,67×10⁻²⁴ g, la masse de l’électron étant négligeable devant celle du noyau.

📊 Tableaux de synthèse

Calculs de quantité de matière