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Chim. N° 01 |
Grandeurs physiques et quantités de matière : Exercices. |
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Programme 2011 : Physique et Chimie Programme 2020 : Physique et chimie |
Pour aller plus loin :
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Mots clés : la mesure en chimie ; quantité de matière d'un solide ; quantité de matière d'un liquide ; quantité de matière d'un gaz ; densité ; masse volumique ; titre massique ; concentration molaire volumique ; masse molaire ; soluté ; solvant ; ... |
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Utiliser le résultat de mesures Ionogramme plasmatique
1. En examinant les résultats de son analyse de sang, préciser
si les teneurs en ions sodium et potassium de ce patient sont
suffisantes. 2. Pour compenser le déficit observé, le médecin prescrit un médicament. Sur la notice on peut lire :
chlorure de
potassium 600 mg par comprimé
soit 314 mg de potassium. Le patient peut également manger des aliments riches en potassium tel que la banane : 100 g de banane contiennent 385 mg de
potassium. Quelle masse de banane doit-il consommer
pour absorber l'équivalent d'un comprimé ? On suppose que tout le potassium présent
dans la banane est assimilé par l'organisme. |
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Correction : 1. Pour les analyses, on donne le titre massique en ion sodium et en ion potassium.
La teneur en ions sodium est correcte.
Elle se situe dans
l'intervalle toléré : t (Na+ ) = 3,34 g / L, en conséquence :
3,10 g
/ L < t (
Na+ ) < 3,34g
/ L. La teneur en ion potassium est insuffisante.
La teneur est inférieure à la valeur limite inférieure
: t (K+ ) = 0,12 g / L dans le cas présent
t
( K+ ) < 0,12 g / L < 0,22 g / L
2.
Masse de
banane à consommer :
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II
-Exercice 7 page 23
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Dureté de l’eau : |
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La dureté d’une eau est donnée par sa concentration totale C en ions calcium Ca2+ et magnésium Mg2+ exprimée en mmol / L. Cette dureté se définit également par le degré hydrométrique français exprimé en ° TH, tel que 1 ° TH = 10 C Grâce à des bandelettes tests, on mesure la valeur de la dureté de l’eau d’Évian. On constate qu’elle est comprise entre 2,5 et 3,0 mmol / L. |
L’eau Minérale Naturelle d’Évian, SOURCE CACHAT, est embouteillée dans
le canton d’EVIAN. S.A.EVIAN
BP 87.74503 Sa minéralisation constante et équilibrée présente
les caractéristiques
suivantes (en mg / L)
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1. Lire, sur l’étiquette de la bouteille, les valeurs des concentrations massiques t (Ca2+ ) et t (Mg2+ ). Calculer la concentration totale C.
Le résultat
du calcul est-il en accord avec la mesure ?
2.
Calculer le degré hydrométrique de l’eau. |
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Correction : 1. Titres massiques en ions calcium et en ions magnésium : |
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t (Ca 2+ ) = 78 mg / L et t (Mg 2+ ) = 24 mg / L |
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Concentration en ions calcium :
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Il faut utiliser la relation liant le titre massique tm d'une solution à sa concentration volumique C :
Masse molaire du calcium : M (Ca 2+) ≈ M (Ca) = 40,1 g / mol |
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Concentration en ions magnésium :
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Masse molaire du magnésium : M (Mg 2+ ) ≈ M (Mg) = 24,3 g / mol |
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Concentration totale : C = [ Ca 2+ ] + [ Mg 2+ ] C ≈ 2,9 mmol / L |
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Le résultat est en accord avec la mesure : |
2,5 mmol / L ≤ C ≤ 3,0 mmol / L |
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2. Degré hydrotimétrique de l'eau : |
29 ° |
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10 C ≈ 29 mmol / L |
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Pollution de l’air : La pollution de l’air est due à la présence dans l’atmosphère, en faible quantité, de particules solides en suspension et de gaz tels que CO2, NO2, SO2, NO, O3. Ces différents polluants, responsables des pluies acides, de l’effet de serre, des smogs photochimiques, ont des effets néfastes
sur la santé.
1. Rechercher le nom des gaz cités dans le texte. Comment
expliquer leur présence dans l’air ? 2. Qu’appelle-t-on pluies acides et effet de serre ?
Quelle est l’origine du mot smog ? 3. Lors d’une analyse de l’air, on obtient les teneurs
suivantes en μg m3 NO2 : 60 ; SO2 : 110 ; O3 : 50 - Exprimer ces valeurs en parties par million :
p.p.m. - Par définition : le nombre de p.p.m représente ici la valeur en mg de la masse de substance contenue dans un million
de mg de produit. - Donnée : 1 m3 d’air a une masse de 1,3 kg On peut faire une recherche sur internet avec les mots clés ; pluies acides, effet de serre,... |
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Correction : 1. Nom des gaz cités : CO2 : dioxyde de carbone Sa présence est due aux combustions des hydrocarbures, des composés organiques issus du pétrole, du bois.... |
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NO2 : dioxyde d'azote Lorsque l'on fait brûler une substance contenant des atomes d'azote (N) dans du dioxygène (O2), on obtient un produit de combustion qui contient des atomes d'azote (N) et d'oxygène (O) qu'on appelle le dioxyde d'azote (NO2). |
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SO2 : dioxyde de soufre Près de 69 % des émissions SO2 en 2000 provenaient des fonderies et des usines fournissant l’énergie nécessaire aux services publics, notamment les centrales électriques. Parmi les autres sources de SO2, on compte les complexes métallurgiques, les raffineries de pétrole et les usines de pâtes et papiers. À celles-ci, il faut ajouter quelques sources de moindre importance liées au chauffage de logements et de bâtiments commerciaux et industriels. |
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NO : monoxyde d'azote Le monoxyde d'azote (NO) et le dioxyde d'azote (NO2) sont émis lors des phénomènes de combustion. Le dioxyde d'azote est un polluant secondaire issu de l'oxydation du NO. Les sources principales sont les véhicules (près de 60%) et les installations de combustion (centrales thermiques, chauffages...). |
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O3 : trioxygène (ozone) Les oxydes d'azote NO et NO2 résultent de la combinaison de l'oxygène et de l'azote, éléments très répandus dans la troposphère ; les réactions qui conduisent à ces oxydes d'azote sont d'origine naturelle (orages, incendies de forêts...) ou induites par les activités humaines (combustion des hydrocarbures, pour le transport ou le chauffage...) La photodissociation du dioxyde d'azote à des longueurs d'onde comprises entre 280 et 430 nm constitue une source possible d'ozone : NO2 → NO + O (en présence de rayonnement solaire de courte longueur d'onde), puis O + O2 → O3 (en présence d'autres oxydants, sinon, NO2 se reforme : NO + O3 → NO2 + O2) |
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2. Pluies acides, effet de serre et smog. Pluies acides : Les deux principaux polluants acides des pluies sont l'acide nitrique HNO3 et l'acide sulfurique H2SO4. Or les rejets directs de ces deux substances dans l'atmosphère sont très faibles et ne peuvent en aucun
cas justifier les ordres de grandeur
des acidités citées ci-dessus. à partir du dioxygène et du diazote atmosphériques, en particulier dans les moteurs de nos véhicules et
dans certains réacteurs industriels.
qui se transforme en
acide sulfurique. qui conduit du précurseur au polluant final. |
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Effet de serre : L'effet de serre est, à l'origine, un phénomène naturel. Il permet à la température de la basse atmosphère de se maintenir autour de 15ºC en moyenne
et
conditionne le foisonnement de différentes formes de vie sur la Terre. Le phénomène d'effet de serre est lié à la présence dans l'atmosphère de certains gaz qui piègent
le rayonnement émis par la Terre (infrarouge). de l'atmosphère. Le diazote et le dioxygène sont quasiment transparents au rayonnement infrarouge.
Ils ne sont pas impliqués dans l'effet de serre.
l'ozone…, contribuent directement à l'effet de serre. |
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Origine du mot smog : contraction de smoke et fog |
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3. Valeurs en ppm. |
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NO2 |
SO2 |
O3 |
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Teneur en μg / m3 |
60 |
110 |
50 |
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Définition : Le nombre de p.p.m représente la valeur en mg de la masse de substance contenue dans un million de mg du produit. |
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Déterminer un volume, une masse
ou une quantité de matière : Recopier et compléter le tableau suivant :
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Correction : (bleue) |
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Liquide |
Acide éthanoïque |
Benzaldéhyde |
Alcool benzylique |
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C2H4O2 |
C7H6O |
C7H8O |
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Masse molaire M (g / mol) |
60 |
106 |
108 |
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Masse volumique μ (g / mL) |
1,05 |
1,05 |
1,04 |
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Volume V (mL) |
5,71 |
12 |
14,4 |
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Masse m (g) |
6,00 |
12,6 |
15,0 |
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Quantité de matière n (mol) |
0,100 |
0,12 |
0,139 |
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Déterminer
des concentrations molaires. Une boisson énergétique pour les sportifs, particulièrement adaptée aux efforts d’endurance, est
obtenue en dissolvant 790 g de poudre dans de l’eau pour obtenir
5,0 L de solution. Sur l’étiquette on lit : 100 g de poudre contiennent, entre autres, 47,5 mg de vitamine
C
et 0,95 mg de vitamine B1. 1. Calculer les masses molaires moléculaires des
vitamines C
(C6H8O6)
et B1 (C12H17ON4SCl). 2. Déterminer les quantités de matière de vitamines
C
et B1
présentes dans 100 g puis dans 790 g de poudre. 3. Déterminer les concentrations molaires de ces
vitamines
dans la boisson préparée. 4. Au cours d’une compétition, un athlète boit 2,4 L de cette boisson. Calculer les masses de vitamines
C
et B1 absorbées.
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Correction : 1. Masses molaires : Masse molaire de la vitamine C : M (C) = M (C6H8O6) = 6 M (C) + 8 M (H) + 6 M (O) M (C) = M (C6H8O6) = 176 g / mol |
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Masse molaire de la vitamine B1 : M (B1) = M (C12H17ON4SCl) M (B1) = 12 M (C) + 17 M (H) + M (O) + 4 M (N) + M (S) + M (Cl) M (B1) = M (C12H17ON4SCl) = 300,6 g / mol |
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2. Quantités de matière : |
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Dans 100 g de poudre |
Quantité de matière de vitamine C
Quantité de matière de vitamine B1
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Dans 790 g de poudre |
Quantité de matière de vitamine C n (C) =7,9 x 2,70 x 10−1 n (C) ≈ 2,13 mmol Quantité de matière de vitamine B1 n (B1) =7,9 x 3,2 x 10−3 n (B1) ≈ 0,025 mmol |
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Solution d’éthanol Une Solution aqueuse S1 d’éthanol à 95 % en volume contient 95 mL d’éthanol de formule C2H6O dans un volume de 100 mL de solution. La densité de l’éthanol pur est d = 0,79. Le
pictogramme ci-contre figure sur le flacon. |
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1. Calculer la masse d’éthanol dans 100 mL de solution
S1. 2. Quelle est la concentration molaire
C1
de l’éthanol
dans cette solution. 3. On souhaite préparer, à partir de cette solution, un
volume V2 = 100,0 mL de solution
S2 à 70 % a)-
Calculer le volume
V1
solution S1
à prélever. b)- Décrire le mode opératoire de cette préparation en précisant les règles de sécurité à suivre. Donnée : masse volumique de l’eau : μ0 = 1000 g / L |
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Correction : 1. Masse m1 d'éthanol contenu dans 100 mL de solution S1.
2. Concentration molaire C1 en d'éthanol de la solution S1.
3. Préparation de la solution S2. Une solution à 70 % d'éthanol, contient 70 mL d'éthanol pour 100 mL de solution.
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a. Volume V1 de la solution S1 prélevé. On effectue une dilution. Le mieux dans un premier temps est de calculer la valeur de la concentration C2 de la solution S2
Cliquer sur l'image pour l'agrandir Au cours de la dilution, il y a conservation de la quantité de matière de soluté.
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b. Mode opératoire :
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Déboucher des
canalisations. (5 pts) Les liquides utilisés pour déboucher les canalisations, sont des solutions concentrées d’hydroxyde de sodium ou soude. Ce sont des liquides très corrosifs. Pour éviter les accidents domestiques dus à la confusion de ces liquides avec des boissons, on y ajoute de l’ammoniac,
NH3,
d’odeur très désagréable. Le fabricant d’un
tel liquide indique : - La densité par rapport à l’eau :
d
= 1,2 - Le pourcentage massique de soude :
P
= 20 % - La concentration en ammoniac
C’
= 8,5 mmol / L. 1. Donner la définition de la densité d’un solide ou
d’un liquide par rapport à l’eau. (0,25 pt) 2. Calculer la masse volumique du liquide déboucheur
de
canalisation. (0,25 pt) 3. établir
la relation entre le titre massique de la soude et
la masse
volumique de la solution. (1 pt) 4. Déterminer la concentration molaire
C de la soude apportée
dans cette solution. (1 pt) 5. Quel est le volume de gaz ammoniac dissous dans 100 mL de solution, dans les conditions où le volume molaire vaut 24,0 L /
mol. 6. Cette solution est diluée 50 fois. a)- Décrire le mode opératoire permettant d’obtenir
250 mL
de solution diluée. (1 pt) b)-
Quelles sont les concentrations molaires de la soude
et de l’ammoniac dans la solution diluée ? (0,5 pt) Données : masses molaires atomiques
en g / mol
Na : 23,0
; O
: 16,00
; H : 1,00 Masse volumique de l’eau :
μ0 = 1,00 g / mL |
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Correction : 1. Densité d'un liquide ou d'un solide par rapport à l'eau : - La densité d’un liquide par rapport à l’eau est égale au rapport entre la masse d’un volume V du liquide et la masse d’un même volume d’eau. -
- Relation : on écrit :
2. Masse volumique du liquide déboucheur :
3. Relation entre le titre massique et la masse volumique de la solution : Le soluté est l'hydroxyde de sodium qui est un solide ionique blanc. On note m' la masse d'un volume V de solution La masse m d'hydroxyde de sodium présent dans ce volume V est : -
4. Concentration molaire de la soude apportée dans cette solution : On note m' la masse d'un volume V de solution de soude. La masse d'hydroxyde de sodium présente dans ce volume V de solution :
La quantité de matière correspondante est donnée par la relation suivante :
On en déduit l'expression de la concentration en hydroxyde de sodium de la solution :
Étude de l'expression : Le pourcentage massique P est un nombre qui n'a pas d'unité de même que la densité d de la solution. La masse molaire M (NaOH) s'exprime en g/ mol. Pour obtenir la concentration C en mol / L, il faut exprimer la masse volumique de l'eau en g / L. On obtient l'expression suivante :
Application numérique :
5. Volume d'ammoniac dissout dans V = 100 mL de solution :
6. Dilution : a. Mode opératoire : Calcul préliminaire :
Au cours de la dilution, il y a conservation de la quantité de matière de soluté :
b. Concentration de la solution diluée Concentration de la solution diluée de soude :
Concentration de la solution diluée en ammoniac :
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