determiner la composition d’un systeme a l’aide de
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OBJECTIFS
Déterminer la masse molaire d’une espèce à partir des masses molaires atomiques des éléments
qui la composent
Déterminer la quantité de matière contenue dans un échantillon de corps pur à partir de sa
masse et du tableau périodique
Utiliser le volume molaire d’un gaz pour déterminer une quantité de matière
Déterminer la quantité de matière d’un soluté à partir de sa concentration en masse ou en
quantité de matière et du volume de solution
Expliquer ou prévoir la couleur d’une espèce en solution à partir de son spectre UV-visible.
Déterminer la concentration d’un soluté à partir de données expérimentales relatives à
l’absorbance de solutions de concentrations connues
Proposer et mettre en œuvre un protocole pour réaliser une gamme étalon et déterminer la
concentration d’une espèce colorée en solution par des mesures d’absorbance.
: Acquis : En cours d’acquisition : non acquis
RESSOURCES (Les ressources sont accessibles sur Pronote et le site www.phymie2.jimdofree.com)
Vidéo 1 : Couleur des solutions
TP1 : Préparer des solutions
TP2 : Loi de Beer-Lambert
TP3 : TP défi dosage spectrophotométrique
TRAVAIL A FAIRE
Consulter les ressources
Compléter la trace écrite (Cours chapitre 1)
S’exercer sur les exercices d'automatisation et d'analyse (pour les plus avancés : parcours autonome)
Faire un résumé du chapitre sous forme de carte mentale
Réaliser le projet demandé
Apprendre le cours régulièrement
Faire des exercices avant le DS
PROJET
Contrôle de la qualité des boissons
CONSTITUTION DE LA MATIERE CHAPITRE 1
Plan de travail
DETERMINER LA COMPOSITION D’UN SYSTEME
A L’AIDE DE GRANDEURS PHYSIQUES
EXCERCER SES COMPETENCES (livre)
Correction des exercices sur Pronote
Parcours commun Parcours autonome
1-Exercices
d'automatisation
Ex17 p.23
Ex19 p.23
Ex21 p.23
Ex22 p.23
Ex6 p.39
Ex8 p.39
Ex9 p.39
Ex10 p.39
Ex12 p.40
Ex13 p.40
Ex14 p.40
2-Exercices d'analyse
Ex24 p.25
Ex25 p.25
Ex27 p.25
Ex28 p.25
Ex30 p.27
Ex16 p.42
Ex17 p.42
Ex23 p.44
Ex24 p.44
Ex25 p.44
3- Exercices
d’approfondissement ou de
révision
Ex34 p.27
Ex35 p.27
Ex37 p.27
Ex26 p.45
Ex29 p.45
CHRONOLOGIE
1
I. COMPOSITION CHIMIQUE D’UN SYSTEME
➢ Un système est constitué d’entités chimiques. Ce sont des …………….., des ………………….. ou des ………….
(associés par paire, toujours un positif et un négatif car la matière est neutre)
➢ Une espèce chimique correspond à un ensemble d’entités chimique ……………….. Elle est représentée par la
formule de l’entité à laquelle on ajoute l’état physique entre parenthèse (solide, liquide ou gaz).
➢ Connaitre le nombre d’entités (atomes, ions, molécules) contenues dans une masse ou un volume donné est
important en chimie, en particulier dans le domaine médical (analyse sanguines, dosage de médicaments, etc.…).
Ce nombre étant trop grand à manipuler, on regroupe les entités par paquet, appelé mole. On introduit alors une
nouvelle grandeur physique : la ………………
➢ Une mole est un paquet regroupant 6,02×1023 entités chimiques identiques. Ce nombre invariable et
arbitraire porte le nom de constante d'Avogadro, et est notée NA :
NA =
➢ La quantité de matière d'une entité contenue dans un échantillon correspond au nombre de ………..
de cette entité : elle est représentée par la lettre et s'exprime en , de symbole
➢ Le nombre d’entités N dans un échantillon est lié à la quantité de matière n par la relation :
Déterminer la composition chimique d’un système c’est déterminer la …………………………………………………………
de chaque espèce chimique présente dans le système
CONSTITUTION DE LA MATIERE CHAPITRE 1
Cours
DETERMINER LA COMPOSITION D’UN SYSTEME A L’AIDE DE GRANDEURS
PHYSIQUES
2
II. LA MASSE MOLAIRE
➢ La masse molaire atomique d'un élément est la masse d'une mole d'atomes de cet élément : On les trouve toutes
dans la ……………………………………….. des éléments. Elles sont données avec une décimale. Elles tiennent
compte de tous les isotopes d’un élément et de leur abondance relative.
➢ La masse molaire moléculaire d'une espèce chimique moléculaire est la masse d'une mole de ses molécules ; elle
est égale à la ………………… des masses molaires atomiques de tous les atomes qui constituent la molécule.
➢ La masse molaire ionique : la masse des électrons est négligeable dans celle de l'atome, la masse molaire ionique
d'une espèce chimique ionique est égal à la somme des masses molaires atomiques des éléments présents dans
l'ion.
III. CONCENTRATION D’UNE SOLUTION
Concentration molaire Concentration en masse
Définition
La concentration molaire d’une espèce en solution
correspond à la …………………………………….
de cette espèce dissoute dans 1L de solution
La concentration en masse d’une espèce en
solution correspond à la ………………. de cette
espèce dissoute dans 1L de solution
Symbole
Unité
Formules
Relation
La masse molaire, notée ….., correspond à la ……………… d’une mole d'entités chimiques. Unité :
3
IV. DETERMINATION D’UNE QUANTITE DE MATIERE
Au laboratoire on ne sait pas déterminer directement la quantité de matière n d’un système. Pour y parvenir on passe
par la mesure d’une masse, d’un volume ou d’une concentration.
1. A partir d’une masse
2. A partir d’un volume d’un corps pur liquide
Attention : En règle générale, ce n'est pas la masse volumique qui est indiquée sur les étiquettes des flacons, mais leur
…………….. par rapport à l'eau.
3. A partir d’un volume d’un corps pur gazeux
Dans les mêmes conditions de température et de pression, une mole de gaz occupe toujours le même ……………..
appelé : le ……………………………….. noté ……. (Vm = 22,4 L.mol-1 à T = 0°C et Vm = 24,0 L.mol-1 à T = 20°C)
4. A partir d’une concentration
Quantité de matière n d’une espèce chimique de masse m de masse molaire M :
Avec
Quantité de matière n d’un corps pur liquide de volume V, de masse molaire M et de masse
volumique ρ :
Avec
Quantité de matière n d’un corps pur gazeux de volume V :
Avec
Quantité de matière n d’une espèce chimique dissoute (soluté) dans un volume Vsol d’une solution de
concentration molaire C :
Avec
4
V. DETERMINATION DE LA COMPOSITION CHIMIQUE DE SOLUTIONS COLOREES
1. Couleur d’une solution
➢ Une solution qui n’absorbe aucune radiation est transparente. Une solution qui absorbe une partie des radiations
visibles est colorée
➢ La couleur d'un mélange de substances colorées résulte d'une
synthèse soustractive : chaque espèce colorée mélangée
absorbe une partie des radiations contenues dans la lumière
blanche. La couleur perçue du mélange résulte de la
superposition des radiations qui n'ont été absorbées par aucune
des substances mélangées.
La solution absorbe le ……….... La couleur complémentaire
diamétralement opposée sur le cercle est le …………...
La solution est donc …………….
2. Absorbance
Pour une substance totalement transparente et incolore (ex l’eau pure) : A = 0 pour toutes les longueurs d’onde
Pour une substance opaque : A est infini
L’absorbance est une grandeur ……………………. et ………………. unité qui caractérise l’absorption par une
molécule d’une ………………………………. lumineuse pour une longueur d’onde donnée.
Quantité de matière n d’une espèce chimique dissoute (soluté) dans un volume Vsol d’une solution de
concentration massique cm :
Avec
5
➢ L’absorbance se mesure à l’aide d’un ……………………….
➢ Plus une radiation est absorbée, plus l'absorbance est ………….
➢ Le graphe qui représente l’absorbance A d’une solution en
fonction de la longueur d’onde λ de la radiation qui la traverse
est appelé ……………………………………………….
➢ La couleur d'une solution correspond à ………………….
…………………… de celle qu'elle absorbe principalement.
Ex : une solution de permanganate de potassium apparaît de couleur magenta car elle absorbe principalement les
radiations ………………… (λmax = ).
3. Loi de Beer-Lambert
▪ A : absorbance de la solution à une longueur d'onde donnée ( )
▪ l : épaisseur de la cuve contenant la solution (en ).
▪ C : concentration de l’espèce colorée en solution (en ).
▪ ε est appelé coefficient d'extinction molaire (en ) : il dépend de la nature de l’espèce, de la
longueur d’onde utilisée, du solvant et de la température
4. Dosage par étalonnage
Pour doser une solution colorée, on utilise on utilise une méthode de dosage par étalonnage. « Etalonnage » signifie
que l’on va utiliser une gamme de solution de concentration connue pour tracer une droite d’étalonnage. Le dosage par
étalonnage se déroule en 4 étapes :
Si on étudie une espèce chimique donnée, diluée dans un solvant donné, à une température donnée
et pour une longueur d'onde fixée, ε est une …………………….. et pour une longueur de cuve donnée, l
est une …………………………….
La loi de Beer-Lambert s'écrit dans ces conditions :
avec
Définition :
Doser une espèce chimique en solution consiste à déterminer la …………………………. de l'espèce en solution
6
✓ Choix d’une longueur d’onde de travail :
Utiliser de préférence la longueur d’onde
𝜆𝑚𝑎𝑥 correspondant au maximum d’absorption
✓ Préparation d’une gamme d’étalonnage :
Réaliser par dilution d’une solution mère. Si possible,
les solutions filles devront avoir des concentrations
dont les valeurs encadrent celle de la solution
inconnue.
✓ Réalisation de la courbe d’étalonnage :
Relever les différentes absorbances correspondant aux
différentes concentrations de la gamme d’étalonnage.
Trace la droite A=f(C) qui d’après la loi de Beer-
Lambert est une droite linéaire
✓ Détermination de la concentration inconnue :
Mesurer l’absorbance de la solution colorée de
concentration inconnue avec le spectrophotomètre. A
partir de la courbe d’étalonnage, retrouver la valeur
de sa concentration Cx
Composition chimique de la bouillie bordelaise
La bouillie bordelaise est une solution aqueuse de sulfate
de cuivre pentahydraté, un solide de formule chimique
CuSO4, 5H2O
Masses molaires atomiques :
M(Cu) = 63.5 g.mol-1 M(S) = 32.1 g.mol-1 M(O) = 16.0 g.mol-1 M(H) = 1.0 g.mol-1
Doc.1
A la découverte de la bouillie bordelaise...
La bouillie bordelaise est un mélange d'eau, de sulfate de cuivre et de chaux, qui donne une bouillie
claire bleu verdâtre, que l'on utilise en la pulvérisant sur les feuilles et fruits de la vigne, c'est un
traitement préventif contre le mildiou. Le mildiou est une petite moisissure qui attaque les organes de la
vigne, surtout les feuilles et les raisins. Il fut constaté pour la première fois dans le sud-ouest en 1878,
sans que les scientifiques trouvent rapidement une solution. Ce n'est que fortuitement qu’un professeur
de botanique à la faculté des sciences de Bordeaux des scientifiques (Alexis Millardet) découvrit le
remède. Au cours d'une sortie en Médoc en octobre 1882, il fut étonné de la belle tenue des vignes en
bordure de la route, au château Ducru- Beaucaillou. Il s'ouvrit de cette observation au régisseur du
domaine qui lui apprit qu'en Médoc on avait pris l'habitude de répandre un mélange de sulfate de cuivre
et de chaux sur les ceps de vigne en bordure des routes pour dissuader les maraudeurs qui volaient les
raisins. Alexis Millardet aidé d’un ami professeur de chimie à la faculté des sciences de Bordeaux,
mirent à profit cette découverte pour élaborer des solutions capables de se montrer efficaces dans le
traitement contre le mildiou.
CONSTITUTION DE LA MATIERE CHAPITRE 1
TP1 : PREPARER DES SOLUTIONS
Concentrations attendues de bouillie bordelaise
Suivant les cultures traitées, les concentrations molaires en sulfate de cuivre attendues ne sont pas les
mêmes :
• Pêcher : C = 5,0 x 10-2 mol.L-1
• Pieds de melon : C = 1,0 x 10-2 mol.L-1
Protocole pour préparer une solution par dissolution
Doc.4
Protocole pour préparer une solution par dilution
Doc.4
TRAVAIL A FAIRE
1. Que signifie le terme « pentahydraté » ?
2. Calculer la masse molaire du soluté
3. Quelles sont les précautions à prendre lors de l’utilisation de ce produit chimique ?
Julie dois préparer Vsol = 50,0 mL de solution à la concentration molaire de C = 5,0 X 10-2 mol.L-1 pour ces péchers
4. Calculer la concentration massique de la solution notée cm
5. Calculer la masse notée msoluté de sulfate de cuivre pentahydraté qu’il faut peser afin de préparer la solution.
6. Lister le matériel et les produits nécessaires
7. Appeler le professeur pour valider le protocole ainsi que la liste de matériel
8. Réaliser la préparation de la solution par dissolution
Julie dois préparer Vfille = 50,0 mL de la solution à la concentration molaire de Cfille = 1,0 X 10-2 mol.L-1 pour ces
pieds de melon à partir de la solution préparée précédemment à la concentration de Cmère = 5,0 X 10-2 mol.L-1
9. Calculer le volume de la solution initiale concentrée noté Vmère qu’il faut prélever afin de préparer la solution
diluée appelée solution fille
10. Lister le matériel et les produits nécessaires.
11. Appeler le professeur pour valider le protocole ainsi que la liste de matériel
12. Réaliser la préparation de la solution par dilution
Conservation de la quantité de matière au cours d’une dilution
Doc.4
OBJECTIF DU TP : Déterminer la concentration de la solution d’eau de Dakin
I. DETERMINATION DE LA GRANDEUR PHYSIQUE A ETUDIER
1. Comment avez-vous procédé l’année dernière pour répondre à cette question ?
2. La méthode était-elle précise ?
3. Quelle grandeur physique, étudiée cette année, pourrait relier la concentration à la couleur d’une solution ?
4. A votre avis est-elle proportionnelle ou inversement proportionnelle à la concentration de la solution ?
5. Existe-t-il d’autres paramètres faisant varier cette grandeur ? Si oui, lesquels et dans quel sens ?
Principe du spectrophotomètre :
L’absorbance mesurée par le spectrophotomètre : celui-ci envoie une radiation monochromatique d’intensité I0 sur
une cuve contenant la solution, et mesure l’intensité I du faisceau qui en ressort. La comparaison de I avec I0 permet
de déterminer l’absorbance A de la solution pour la longueur d’onde envoyée sur la cuve.
6. Bilan : Donner le nom de la grandeur physique à étudier, les paramètres dont elle dépend ainsi que l’instrument
qui permet sa mesure
II. SPECTRE D’ABSORBANCE DU PERMANGANATE DE POTASSIUM
7. Quelles sont les couleurs diffusées et absorbées par la solution magenta de permanganate de potassium ? Quel ion
est responsable de cette couleur ?
Mademoiselle ! J’ai besoin d’eau de dakin
pour désinfecter la plaie d’un patient Cette fiole semble contenir de l’eau
de Dakin mais je ne suis pas sûre de
sa concentration….
CONSTITUTION DE LA MATIERE CHAPITRE 1
TP2 :
DECOUVERTE DE LA LOI DE BEER-LAMBERT
MANIPULATION :
Réaliser le spectre d’absorbance d’une solution de permanganate de potassium
8. Déterminer la longueur d’onde λmax, Ce résultat est-il cohérent avec votre réponse de la question 7 ?
III. DETERMINATION DE LA LOI DE BEER LAMBERT
L’absorbance d’une solution dépend donc des différents paramètres que vous avez mis en évidence. L’objectif est de
voir s’il est possible d’établir une loi reliant l’absorbance A et ces paramètres. Pour cela, vous allez réaliser une
échelle de teinte, c'est-à-dire préparer des solutions diluées en permanganate de potassium, puis mesurer leur
absorbance A. Pour une meilleure précision, on mesurera les absorbances en choisissant comme longueur d’onde de
travail la longueur d’onde au maximum d’absorption λmax.
Remarque : Les cuves du spectrophotomètre étant identiques le paramètre longueur est fixé. Seule la concentration va
varier.
MANIPULATION
Préparer 50,0 mL des solutions filles diluées du tableau ci-dessous à partir d’une solution mère
de concentration molaire C = 5,0.10-4
mol.L-1
en permanganate de potassium (K+
(aq) + MnO4-(aq)).
Après avoir fait le blanc avec le solvant utilisé, mesurer l'absorbance de chacune de ces
solutions pour λ = 470 nm et compléter la dernière ligne du tableau.
Solution fille S1 S2 S3 S4 S5
Concentration (mol/L) 2,0.10-5 4,0.10-5 6,0.10-5 8,0.10-5 1,0.10-4
Volume à prélever : Vm (mL)
Absorbance A
Remarque : On veillera systématiquement à remplir les cuves de spectrophotométrie aux deux tiers maximum de leur
hauteur. Commencer par mesurer l'absorbance de la solution la plus diluée et finir par la plus concentrée.
9. Détailler les calculs permettant de déterminer les volumes Vm de solution mère à prélever pour préparer les 5
solutions filles.
10. Comment évolue l'absorbance de la solution de permanganate de potassium en fonction de sa concentration ?
11. Tracer la courbe A = f(C) appelée courbe d’étalonnage.
12. Conclusion : La loi reliant l’absorbance aux deux précédents paramètres est appelée « loi de Beer-Lambert ». On
note ε, le coefficient de proportionnalité :
A =
ε est appelée coefficient d’extinction molaire (constante caractéristique de la substance absorbante pour une longueur
d’onde de travail donnée), l est la longueur de solution traversée par la lumière et C la concentration molaire de la
solution
IV. DETERMINATION DE LA CONCENTRATION DE LA SOLUTION D’EAU DE DAKIN
13. Puisque la concentration est proportionnelle à l’absorbance, proposer une méthode afin de déterminer la
concentration en ions permanganate de la solution de Dakin
14. Déterminer expérimentalement la concentration de la solution d’eau de Dakin.
15. Cette méthode de dosage par étalonnage est-elle plus précise que l’échelle de teinte ?
16. La masse molaire du permanganate de potassium est M= 158,0 g.mol.L-1
et la concentration massique cm de
permanganate de potassium dans la solution de Dakin est égale à 10 mg.L-1
.Calculer la concentration molaire
théorique CDakin(théor)
A RETENIR
Lors des mesures au spectrophotomètre, la longueur de la cuve est fixée. On peut donc retenir :
A =
Avec :
- k une constante en
- C la concentration molaire en
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