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Physique-Chimie · Tronc Commun

La mole, unité de quantité de matière

1Rappels du cours

Introduction

En chimie, il est indispensable de pouvoir denombrer les entites microscopiques (atomes, molecules, ions) presentes dans un echantillon de matiere. La mole est l'unite qui permet ce denombrement a l'echelle macroscopique.

1. La mole et le nombre d'Avogadro

La mole (symbole mol) est l'unite de quantite de matiere du Systeme International. Une mole represente une quantite d'entites elementaires (atomes, molecules, ions) egale au nombre d'Avogadro :

NA = 6,02 x 10 puissance 23 (par mole)

Ainsi, une mole de molecules d'eau contient environ 6,02 x 10 puissance 23 molecules d'eau. Ce nombre gigantesque permet de relier le monde microscopique (atomes, molecules) au monde macroscopique (grammes, litres) que l'on peut mesurer en laboratoire.

2. La masse molaire

La masse molaire M d'une espece chimique est la masse d'une mole de cette espece. Elle s'exprime en grammes par mole (g/mol).

  • La masse molaire atomique d'un element se lit directement dans la classification periodique (exemples usuels : M(H) = 1 g/mol, M(C) = 12 g/mol, M(O) = 16 g/mol, M(N) = 14 g/mol).
  • La masse molaire moleculaire d'un compose s'obtient en additionnant les masses molaires atomiques de tous les atomes qui composent la molecule, en tenant compte du nombre d'atomes de chaque element.

Exemple resolu

Calculer la masse molaire de l'eau H2O.

M(H2O) = 2 x M(H) + M(O) = 2 x 1 + 16 = 18 g/mol.

3. Relation entre quantite de matiere, masse et masse molaire

La quantite de matiere n (en mol) d'un echantillon de masse m (en g) d'une espece de masse molaire M (en g/mol) est donnee par la relation :

n = m / M

Cette relation permet, connaissant deux de ces trois grandeurs, de calculer la troisieme.

Exemple resolu

Quelle est la quantite de matiere contenue dans 36 g d'eau ?

n = m / M = 36 / 18 = 2 mol.

4. La concentration molaire d'une solution

Pour une solution obtenue en dissolvant une quantite de matiere n (en mol) d'un solute dans un volume V (en L) de solution, on definit la concentration molaire :

C = n / V

Cette grandeur s'exprime en mol/L (ou mol.L puissance -1) et indique la quantite de matiere de solute dissoute par litre de solution.

Exemple resolu

On dissout 0,5 mol de chlorure de sodium dans 250 mL de solution. Quelle est la concentration molaire obtenue ?

On convertit le volume en litres : V = 250 mL = 0,25 L.

C = n / V = 0,5 / 0,25 = 2 mol/L.

Schema-bilan

Masse m (g) <--> quantite de matiere n = m/M (mol), via la masse molaire M (g/mol) <--> concentration molaire C = n/V (mol/L) dans une solution de volume V.

3Validation directe — QCM

Chaque question peut avoir une ou plusieurs bonnes réponses. Cochez toutes les propositions qui vous semblent justes. L'ordre des questions et des réponses change à chaque nouvelle tentative.

1. Le nombre d'Avogadro represente approximativement :

2. La quantite de matiere contenue dans 36 g d'eau (masse molaire 18 g/mol) est :

3. La concentration molaire d'une solution obtenue en dissolvant 0,5 mol de solute dans 250 mL de solution est :

4Entraînement

Preparation et dilution d'une solution de chlorure de sodium

Exercice type controle, Tronc Commun

On dissout 5,85 g de chlorure de sodium (NaCl, masse molaire M = 58,5 g/mol) dans de l'eau distillee de facon a obtenir 500 mL de solution notee S.

  1. Calculer la quantite de matiere de chlorure de sodium dissoute.

  2. Calculer la concentration molaire C de la solution S.

  3. On preleve 100 mL de la solution S, que l'on complete avec de l'eau distillee jusqu'a obtenir 200 mL d'une nouvelle solution S'. Calculer la concentration molaire C' de la solution S' obtenue par dilution.

  4. Verifier, par un calcul de quantite de matiere, la coherence de votre resultat avec la conservation de la quantite de matiere de solute lors d'une dilution.