la mole - S. Tatulli

T.P-COURSCHIMIESECONDELA MOLE : UNITÉ DE QUANTITÉ DE MATIÈRENOM : ··························· PRÉNOM : ................. .... CLASSE :.......TPC 092007PAGE 1 SUR 3I. Objectifs :• Le but de ce TP est de comprendre la nécessité d’introduire une nouvelle grandeur qui est utilisée enchimie. Cette grandeur s’appelle quantité de matière mesurée en mole.• Comprendre la notion de mole.• Utiliser la masse molaire pour mesurer des quantités de matière.• Afin de comprendre à quoi correspond une mole d’atomes, nous allons travailler sur des objets qui sontvisibles à l’œil nu. Chaque objet peut représenter un corps chimique donné.• Savoir que pour comparer des quantités de matières d’espèces chimiques différentes ni le volume, ni lamasse ne sont appropriés (à eux seuls)II. Comment compter des objets identiques?1) Objets proposésGrains de riz, lentilles, clous, perles, feuilles, épingles...2) Matériel utilisable :Balances et éprouvettes graduées3) Position du problèmea) Vous êtes magasinier. Votre supérieur vous demande de lui apporter rapidement 20 clousidentiques. Faites-le en vous chronométrant.b) Même question pour 20 000 clous ! Comment pouvez-vous procéder pour « compter » ces20 000 clous ?4) Approche expérimentaleOn souhaite faire des paquets d’un nombre identique de différents objets.(précisez l’objetchoisi)a) 1er cas : réalisez des paquets identiques contenant chacun N 0 =20 objetsb) 2ème cas : on souhaite faire des paquets de N 1 =2000 objets ; Proposez une méthodeadaptée pour réaliser de tels paquets.5) Exploitationa) Quelle grandeur les paquets que vous avez réalisés ont-ils en commun ?b) Dans quelle condition est-il possible de mesurer directement cette grandeur ?c) Dans le 2ème cas, quelle grandeur intermédiaire avez vous utilisez ?d) Pourquoi pouvez-vous utiliser cette grandeur comme un outil de comptage des objets ?e) Des nombres identiques d’objets différents ont ils des masses semblables ? (voir si besoinles groupes ayant choisi des objets différents6) ApplicationUn étudiant veut acheter N=16500 feuilles de papier pour imprimer un tract à distribuer.Comment peut-il faire pour en prélever la le bon nombre ?7) Retour à la chimieL’atome de carbone est constitué d’un noyau composé de 12 nucléons.Données : Masse d’un nucléon : m= 1,67.10 -24 g.a) Quel est le nombre N d’atomes de carbone dans un paquet de 12 g de carbone ?b) L’atome de fluor a lui un noyau composé de 19 nucléons.c) Quelle masse de fluor faut-il peser pour avoir un paquet de N atomes de fluor ?III. Conclusion :Définitions : quantité de matière, mole, masse molaire atomique1) Quantité de matière : nOn appelle quantité de matière n le nombre d’atomes, de molécules ou d’ionscontenus dans un échantillon donné exprimé en nombre de moles d’atomes, demolécules ou d’ions.2) La Mole :Définition officielleUne mole d’entité est un paquet d’entités contenant autant d’entités (atomes ;molécules ou ions) qu’il y a d’atomes dans 12 grammes de carbone 12 ( 126 C )3) Constante d’AvogadroGrâce à des mesures complexes les chimistes ont pu déterminer la valeur du nombre d’atomesprésents dans 12 gramme de carbone 12Ce nombre est appelé constante d’Avogadro il représente le nombre d’entité chimique (atomes ;molécules ou ions ) qu’il y a dans une mole (d’où l’unité mol -1 signifiant "par mole") et noté N AN A = 6,02 .10 23 mol –1

4) Autre définition de la mole :Une mole est une unité de quantité de matière renfermant 6,02.10 23 entitésélémentairesOn retiendra :1 mol d’atomes = 6,02 . 10 23 atomes1 mol de molécules = 6,02 . 10 23 molécules1 mol d’ions = 6,02 . 10 23 ions1 mol de danseurs du conservatoires = 6,02.10 23 danseurs du conservatoire (en supposant qu’ilssont parfaitement identiques)5) Relation à connaîtreLe nombre d’entités élémentaires (atomes ; molécules ou ions) est noté NLa quantité de matière est notée n (s’exprime en mol)La constante d’Avogadro est notée N A (s’exprime en mol –1 )N = n.N A oun = N N AIV. Masse molairePour dénombrer facilement les objets précédents vous avez été amené àdéterminer la masse d’un lots (d’un paquet) de référence renfermant le mêmenombre d’objetLes chimistes utilisent de la même façon, la masse d’une mole d’entité chimiquepour dénombrer les quantités de matière1) Masse molaire atomiqueLa masse molaire atomique d’un élément chimique X est lamasse d’une mole d’atomes X de cet élément.La masse molaire atomique se note M X et s’exprime souvent eng.mol –1 (même si son unité S.I est le kg.mol -1 ).Les masses molaires atomiques apparaissent dans chaque case du tableaupériodique des éléments avec le numéro atomique.2) Masse molaire moléculaireLa masse molaire moléculaire d’une espèce chimique est la masse d’une molede molécules de cette espèce chimique.3) Détermination de la masse molaire moléculaireLa masse molaire moléculaire est égale à la somme des masses molairesatomiques des atomes constituants la molécule.a) Exemples :M(H 2 O) = 2 x M H + 1 x M O = 2 x 1 + 16 = 18 g.mol –1M(C 3 H 6 O) = 3xM C + 6xM H + 1xM O = 36 + 6 + 16 = 58 g.mo l–1b) Activité:Déterminer les masses molaires des espèces présentes dans le tableau en fin dedocumentdonnées : masses molaires atomiquesÉlément H C O S Cl FeM (g.mol –1 ) 1,0 12,0 16,0 32,1 35,5 55,84) Relation à connaîtreSoit une espèce chimique X de masse molaire M X (g.mol –1 )Soit un échantillon d’une espèce chimique X de masse m X (g), renfermant unequantité de matière n X (mol)AlorsM X = m Xn X⎯→←⎯n X = m XM X⎯→←⎯m X = n X .M XV. Volume molaire V mPour dénombrer des quantités d’objets, on peut de façon analogue, utiliser (aulieu de la masse d’un lot) le volume d’un lot (un paquet) d’objets identiquesLes chimistes utilisent de la même façon, le volume d’une mole d’entitéschimique pour dénombrer les quantités de matière qu’on appelle volume molaireV m

1) DéfinitionLe volume molaire V mX d’une espèce chimique X est le volume occupé par unemole de cette espèce chimique il se mesure pour le chimiste en L.mol –1(en unité S.I. le m 3 .mol -1 )Le volume molaire dépend généralement des conditions de température et depression (ces conditions doivent donc être précisées)2) Relation à connaîtreSoit une espèce chimique X de volume molaire V mX (L.mol –1 )Soit un échantillon d’une espèce chimique X de volume v X (L), renfermant unequantité de matière n X (mol)V mX = v xn X⎯→←⎯n X = v XV mX⎯→←⎯v X = n X .V mX .VI. Quantité de matière et masse1) Des masses identiques d’espèces chimiques différentes renferment-elles la mêmequantité de matière ?2) La masse suffit elle à elle seule pour déterminer des quantités de matière ?VII. Quantité de matière et volumeUne mole occupe-t-elle toujours le même volume ? Afin de répondre à cette question, vousdisposez :- de solides: clous en fer, morceau de glucose (C 12 H 22 O 11 ), soufre en poudre- de liquides : eau, éthanol (C 2 H 6 O)- de gaz : dichlore (Cl 2 ), dioxyde de carbone (CO 2 ), ou dioxygène (O 2 ) (sur document vidéo)Matériel utilisable :Balances, éprouvettes graduées et bouteilles vides1) Remplissez le tableau suivant et détaillez vos calculs sur votre compte-rendu.formuleglucose C 6 H 12 O 6massemolaireM (g.mol –1 )massem (g)quantitéde matièren (mol)volumev (L)VolumemolaireV M (L.mol –1 )fer (6 clous)soufreeauéthanolFeSH 2 OC 2 H 6 ODichlore Cl 2dioxyde deCOcarbone22) Rappeler les relations entrea) la masse molaire, la masse et le nombre de moles (quantité de matière) ?b) le volume molaire, le volume et le nombre de moles (quantité de matière) ?3) En examinant les résultats du tableau répondre aux questions suivantesa) Des quantités de matières identiques d’espèces chimiques différentes ont-elles lemême volume ?b) Quelle est la particularité caractéristique des gaz ?Dans ce qui suit on souhaite savoir prélever une certaine quantité de matièreMatériel utilisable : balances, burettes et éprouvettes graduées, cristallisoirs2) Quels sont les grandeurs et les appareils de mesure adaptés pour déterminer la quantitéde matièrea) d’un solide,b) d’un liquidec) d’un gaz ?3) Expliquer en la détaillant la méthode à suivre en indiquant le matériel utilisé pour prélevera) Prélèvement de 0,25 moles de glucoseb) Prélèvement de 0,25 moles d’eauc) Prélèvement de 0,25 moles de dioxyde de carbone