Fiche de révision : Quantité de matière et solutions

📋 Plan du Cours

1. Mole et constante d’Avogadro
2. Masses molaires des espèces
3. Quantité de matière par la masse
4. Quantité de matière par les volumes
5. Concentration molaire
6. Préparation par dissolution
7. Préparation par dilution

📖 1. Mole et constante d’Avogadro

🔑 Notions clés & Définitions

• Mole : Unité de quantité de matière correspondant à un paquet d’entités chimiques, comme des atomes, des molécules ou des ions.

📝 Points essentiels

📐 Formule - La quantité de matière n, le nombre d’entités N et la constante d’Avogadro sont liés par $n = \frac{N}{N_A}$.

• Une mole contient $N_A = 6{,}02 \times 10^{23}$ entités chimiques, et la constante d’Avogadro vaut $N_A = 6{,}02 \times 10^{23}\ \mathrm{mol}^{-1}$.

💡 Astuce mémo

Un paquet de 6,02 × 10^23 entités relie le microscopique au mesurable.

📖 2. Masses molaires des espèces

🔑 Notions clés & Définitions

• Masse molaire atomique : Masse d’une mole d’atomes d’un élément et s’exprime en g·mol⁻¹.
• Masse molaire moléculaire : Masse d’une mole de molécules, obtenue en additionnant les masses molaires atomiques de tous leurs atomes.

★ À maîtriser

📐 Formule - La masse molaire atomique vérifie $M = m \times N_A$, où M est en g·mol⁻¹ et m est la masse d’un atome en grammes.

Compléments

• Pour le méthanal CH₂O, la masse molaire moléculaire vaut $M(\mathrm{CH_2O}) = 12 \times 1 + 1 \times 2 + 16 \times 1 = 30\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$.

📌 Les isotopes sont des noyaux qui possèdent le même nombre de protons mais un nombre différent de nucléons.

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

• La masse molaire de l’ion sulfate SO₄²⁻ vaut $M(\mathrm{SO_4^{2-}})=4\times16+32{,}1=96{,}1\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}$.

💡 Astuce mémo

Atome → molécule → ion : additionner les masses atomiques nécessaires.

📖 3. Quantité de matière par la masse

★ À maîtriser

📐 Formule - La quantité de matière d’un échantillon de masse m et de masse molaire M se calcule par $n = \frac{m}{M}$, avec m en grammes et M en g·mol⁻¹.

Compléments

📐 Formule - La masse d’un échantillon se calcule par $m = n \times M$.

• Une quantité de 1,5 mol d’atomes d’oxygène correspond à une masse de 24,0 g avec M(O)=16,0 g·mol⁻¹.

• Une goutte d’eau de masse 1,0 g contient environ $5{,}5\times10^{-2}\ \mathrm{mol}$ d’eau, car M(H₂O)=18,0 g·mol⁻¹.

💡 Astuce mémo

Masse m divisée par M donne n, tandis que n multipliée par M redonne m.

📖 4. Quantité de matière par les volumes

🔑 Notions clés & Définitions

• Volume molaire : Volume occupé par une mole de gaz à une température et une pression données.

📝 Points essentiels

📐 Formule - La masse volumique d’un liquide vérifie $\rho = \frac{m}{V}$, avec ρ en g·cm⁻³, m en g et V en cm³.

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

📐 Formule - La quantité de matière d’un gaz de volume V et de volume molaire Vm se calcule par $n = \frac{V}{V_m}$, avec V en litres et Vm en L·mol⁻¹.

• À 0 °C et 1,013 bar, le volume molaire vaut 22,4 L·mol⁻¹, tandis qu’à 20 °C et 1,013 bar, il vaut 24 L·mol⁻¹.

💡 Astuce mémo

Liquide : ρ intervient ; gaz : Vm intervient.

📖 5. Concentration molaire

🔑 Notions clés & Définitions

• Concentration molaire : Quotient de la quantité de matière de soluté n par le volume de solution V.

★ À maîtriser

📐 Formule - La concentration molaire vérifie $C = \frac{n_{\mathrm{soluté}}}{V_{\mathrm{solution}}}$ et s’exprime en mol·L⁻¹.

Compléments

• La dissolution de 1,5 × 10⁻¹ mol de NaCl dans 100 mL, soit 0,1 L, donne une concentration de 1,5 mol·L⁻¹.

📖 6. Préparation par dissolution

★ À maîtriser

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

• 🔄 La préparation par dissolution suit ces étapes:
  1. Peser le solide et l’introduire dans une fiole jaugée
  2. Ajouter de l’eau distillée aux deux tiers et agiter jusqu’à dissolution
  3. Compléter jusqu’au trait de jauge
  4. Boucher puis agiter pour homogénéiser

Compléments

• Pour préparer 100 mL d’une solution de NaCl à 9,0 g·L⁻¹, il faut peser 0,9 g de NaCl.

💡 Astuce mémo

Peser → dissoudre → compléter au trait → homogénéiser.

📖 7. Préparation par dilution

🔑 Notions clés & Définitions

• Dilution : Ajout d’eau à une solution aqueuse afin d’en diminuer la concentration.

★ À maîtriser

📐 Formule - Le facteur de dilution vérifie $F=\frac{C_{\mathrm{mère}}}{C_{\mathrm{fille}}}=\frac{V_{\mathrm{fille}}}{V_{\mathrm{mère}}}$ et est supérieur à 1.

📌 Lors d’une dilution, la quantité de matière de soluté prélevée dans la solution mère est égale à celle contenue dans la solution fille, donc $C_{\mathrm{mère}}V_{\mathrm{mère}}=C_{\mathrm{fille}}V_{\mathrm{fille}}$.

• 🔄 Le protocole de dilution suit ces étapes:
  1. Prélever le volume nécessaire de solution mère avec une pipette jaugée
  2. Introduire le prélèvement dans une fiole jaugée
  3. Ajouter de l’eau distillée aux deux tiers et agiter
  4. Compléter jusqu’au trait de jauge puis homogénéiser

Compléments

• Pour préparer 100 mL à 4,00 × 10⁻⁴ mol·L⁻¹ à partir d’une solution mère à 1,6 × 10⁻³ mol·L⁻¹, le facteur de dilution vaut 4 et le volume de solution mère à prélever vaut 25,0 mL.

💡 Astuce mémo

Ajouter de l’eau diminue la concentration, mais conserve la quantité de soluté prélevée.

📊 Tableaux de synthèse

Dissolution et dilution