Chimie 2de TP5 : mole et concentration molaire

Références :

-chapitre 16 pages 246 à 261

-A retenir : essentiel page 255

-chrono :page 256

-Exercice résolu : page 258

-chapitre 6 pages 86 à 101

-A retenir : essentiel page 95

-chrono : page 96

-Exercice résolu page 98

I/La mole , unité de quantité de matière

a)Notion de « paquet »

-une douzaine d’œufs : « paquet de 12 œufs »

-un millier de bonbons : « paquet » de 1000 bonbons

b)La mole :

-une mole d’atomes d’hydrogène : « paquet » de N_A atomes d’hydrogène où N_A=6,02.1O²³ .

Q1)Quelle est la masse d’un atome de carbone 12 ? On donne la masse du nucléon m_n=1,67.1O^-27 kg .

Q2)Quelle est la masse d’une mole d’atomes de carbone 12 ?

c)Masse molaire atomique

C’est la masse d’une mole d’atomes . Elle s’exprime en g.mol^-1

La masse molaire est indiquée dans la classification périodique pour chaque élément.

Exemples :

Phosphore P : M_P = 31 g.mol^-1

Oxygène O : M_O =16 g.mol^-1

Cuivre Cu : M_cu = 63,5 g.mol^-1

Remarque : le chiffre qui indique la masse molaire se confond souvent avec le nombre de nucléons de l’atome (quand nous avons des nombres avec des décimales , cela est lié à la proportion d’isotopes de l’élément existant dans la nature).

d)Masse molaire moléculaire :

C’est la masse d’une mole de molécules. Pour la calculer on fait la somme des masses molaires atomiques des atomes dont est constituée la molécule.

exemple : H₂O : M_H2O = 2xM_H+M_O = 2+16=18 g.mol^-1

Q3)Calculer la masse molaire moléculaire du sulfate de cuivre CuSO₄

e)Quantité de matière et masse :

n : quantité de matière en mol

M : masse molaire en g.mol^-1

m : masse en g

Q4)Quelle est la quantité de cuivre dans une masse m=100 g de cuivre ? (M_Cu=63,5 g.mol^-1)

Q5)Quel est le nombre d’atomes de cuivre contenus dans 100 g de cuivre ?

II/Liquides et solutions :

a)Masse volumique ρ :

ρ : masse volumique en g.L^-1 (ou en kg.L^-1)

m : masse en g (ou en kg)

V : volume en L

Remarque : la masse volumique est la masse par unité de volume

b)Concentration molaire en soluté C

C : concentration molaire en soluté (mol/L)

n : quantité de matière de soluté introduite (en mol)

V : volume de la solution (L)

Q6)On prépare 500 mL d’une solution sucrée à partir de m= 15 g de fructose de masse molaire M= 180 g.mol^-1 . Quelle est la concentration molaire de cette solution ?

c)Préparation d’une solution sucrée de saccharose :

Mode opératoire :

-déposer un papier filtre sur la balance

-faire le zéro de la balance

-peser 2 g de sucre (déposer le sucre sur le papier filtre en utilisant une spatule)

-verser le sucre dans une fiole jaugée de 100 mL

-ajouter un peu d’eau distillée dans la fiole jaugée

-agiter

-ajouter de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge

- agiter à nouveau de façon à bien homogénéiser le mélange

Q7)Représenter une fiole jaugée et une spatule sur votre copie

d)Concentration massique C_m

où m est la masse de soluté , V le volume de la solution

Q8)Quelle est l’unité de C_m si on exprime m en mg et V en L ?

Q9)Montrer que C_m = C* M

Q10)Quelle est la concentration massique C_m de la solution de saccharose précédemment préparée ?

Q11)Calculer la masse molaire du saccharose de formule brute C₁₂H₂₂O₁₁.

Q12)Quelle est la concentration molaire de la solution de saccharose précédemment préparée ?

III/Dilutions :

a)Solution mère et solution fille

C_m : concentration massique de la solution fille

C_m,0 : concentration massique de la solution mère

V : volume de la solution fille

V₀ : volume de la solution mère

Quand on dilue , on ne modifie pas la masse de soluté introduite : m= C_m,0 * V₀ = C_m*V et donc :

b)Facteur de dilution F :

et donc

c)Préparation d’une solution fille de diiode I₂

Q13)On dispose d’une solution mère de diiode de concentration massique C _m,0 = 2.10^-2 g/L. Quel volume de la solution mère doit-on prélever pour préparer un volume V=100 mL de la solution fille de concentration C_m=4.10^-3 g/L ?

Q14)Préparer la solution et décrire le mode opératoire en nommant notamment clairement la verrerie utilisée.

Q15)Quel est le facteur de dilution de la solution préparée ?

IV/Exercices :

-page 256 et suiv : 3,5,7,9,12,13,15,25 et 27

-page 96 et suiv :6,12,15,17,18,22,25 et 30

Chimie TP5 - correction - Mole et concentration molaire

1)Atome de carbone 12 :m_atome= A* m_n ( A est le nombre de nucléons et m_n la masse d’un nucléon - on peut admettre que la masse d’un neutron est pratiquement égale à celle d’un neutron ).

m_atome =12*1,67.10^-27 = 2.10^-26 kg

2)La masse d’une mole d’atomes est m=m_atome* N_A = 2.10^-26*6,2.10²³=1,2.10^-2 kg = 12 g

3)M_CuSo4= M_Cu + M_S + 4*M₀ = 63,5+32+4*16= 159,5 g.mol^-1 . (les masses molaires atomiques figurent dans les tableaux de la classification périodique).

4)n=m/M=100/63,5= 1,57 mol

5)Le nombre d’atomes correspondant est N = n*N_A = 1,57*6,02.10²³ = 9,4.10²³ atomes

6)La quantité de matière de fructose introduite est : n=m/M = 15/180 = 0,083 mol . La concentration correspondante est C = n/V= 0,083/0,5 = 0,16 mol.L^-1 .

7) fiole jaugée :

spatule :

8) C_m = m/V s’exprime en mg/L lorsque m est exprimé en mg et V en L

9) C_m = m/V et n = m/M . La seconde formule conduit à m = n*M . En combinant les deux formules , cela donne :

10)Pour la solution de saccharose précédemment préparée : C_m = m/V = 2/0,1 = 20 g.L^-1 .

11)Masse molaire moléculaire du saccharose C₁₂H₂₂O₁₁: M=12 M_C+ 22 M_H + 11 M_O = 12*12+22+11*16=342 g.mol^-1 .

12) C = C_m/M = 20/342= 5,8.10^-2 mol.L^-1 .

13)C_m*V = C_m,0*V₀ . Le volume à prélever est V₀=

14)On prélève 20 mL de la solution mère avec une pipette jaugée de 20 mL dont on verse le contenu dans une fiole jaugée de 100 mL . Avec une pissette d’eau distillée on peut rincer la pipette jaugée et récupérer l’eau de rinçage dans la fiole jaugée.

On ajoute un peu d’eau distillée dans la fiole jaugée , puis on agite . On complète alors avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge de la fiole jaugée puis on agite à nouveau afin de bien homogénéiser la solution fille obtenue .

15)Le facteur de dilution F est F= C_m,0/C_m = 2.10^-2/4.10^-3 =5