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