Chimie, Chapitre 1

Chimie, Chapitre 1 PREMIERE S. pourquoi et comment
mesurer des quantites de matiere ? I - Nécessité de la mesure dans différents domaines de la vie courante 1°) Mesurer pour informer
Pour informer le consommateur, le fabricant indique, sur l'emballage, la
composition du produit alimentaire, c'est-à-dire la nature et la masse des
espèces chimiques qu'il contient.
Exemple : Composition des eaux minérales ou des plats cuisinés. Doc.3 p.13. 2°) Mesurer pour contrôler
Les résultats des différentes mesures de contrôle sont comparés à des
résultats de référence (lois, normes, étiquettes, recommandations, cahiers
des charges, décrets...)
Exemples :
< Contrôler le respect de la réglementation pour les additifs
alimentaires
Exemple : Le nitrite de sodium NaNO2 est un conservateur et un agent
colorant utilisé en charcuterie. Les ions nitrite [pic] étant toxiques,
leur teneur ne doit pas dépasser 150 mg par kg de charcuterie.
< Contrôler l'état de santé
Exemple : Les analyses de sang permettent de mesurer le taux de
cholestérol, triglycérides, glycémie... Doc.6 p.15. Elles permettent
aussi de déceler la présence de substances dopantes dans le milieu
sportif.
< Contrôler le taux d'alcoolémie Doc.8 p.16. 3°) Mesurer pour surveiller et agir
Les mesures des quantités de matière permettent de mieux connaître le monde
qui nous entoure
Exemples :
< Surveiller la qualité de l'eau du robinet
La composition de l'eau du robinet peut varier d'une région à une autre
en raison de la nature du sous-sol et risque d'être polluée par les
activités humaines, industrielles ou agricoles.
On contrôle donc régulièrement la teneur en ions nitrate, phosphate, en
métaux lourds, en pesticides.....
Une eau potable doit avoir une teneur en ions nitrate [pic] inférieure
à 50 mg.L-1 et en pesticides inférieure à 0,5 (g.L-1. Doc.5 p.15.
< Surveiller la qualité des eaux de piscine
Afin d'éviter la croissance d'algues et la prolifération de microbes,
le pH d'une eau de piscine doit être compris entre 7,2 et 7,6 et la
teneur en « chlore » (acide hypochloreux HClO et ion hypochlorite ClO-)
doit être comprise entre 1 et 2 mg.L-1.
Pour cela, on utilise des produits correcteurs de pH et des galets de
« chlore ». Doc.7 p.15.
< Surveiller la qualité du lait
Des mesures permettent de connaître :
- L'état de fraîcheur du lait, grâce au pH qui doit être compris entre
6,5 et 6,7.
- Sa richesse nutritionnelle, grâce à la densité qui doit être comprise
entre 1,026 et 1,036.
- L'ajout éventuel d'eau, grâce à la température de solidification qui
doit être comprise entre
- 0,54°C et - 0,56°C.
< Surveiller la qualité de l'air
On mesure tous les jours la concentration massique des trois principaux
polluants gazeux : dioxyde de soufre (SO2), oxydes d'azote (NO, NO2),
ozone (O3) ; et des poussières en suspension.
4°) Mesurer pour produire ou préparer
La mise en ?uvre de préparations suivant des proportions bien définies
demande de mesurer des quantités de matière précises.
Exemples : Il faut effectuer des mesures pour suivre :
< des protocoles de synthèse au laboratoire et dans l'industrie
< des préparations pharmaceutiques
< la mise en ?uvre d'une recette de cuisine II - Les techniques de mesures 1°) Exemples de techniques simples, mais approximatives
< Papier pH et indicateur coloré : ils donnent une valeur approximative
du pH d'une solution aqueuse.
< Les bandelettes-tests. Exemples :
- Uritest pour une analyse rapide des urines (recherche de sucres,
d'albumine).
- Hydrotest pour contrôler la teneur en ions nitrate, la dureté et le pH
de l'eau.
< L'alcootest : Lorsqu'on souffle dans le « ballon », si le taux
d'alcoolémie est supérieur ou égal à 0,5 g par litre de sang, la
substance présente dans l'alcootest passe du jaune au vert. Doc.8 p.16. 2°) Exemples de techniques plus précises, nécessitant un matériel plus
élaboré
< Le pH-mètre : il donne une valeur précise du pH d'une solution aqueuse.
Doc.9 p.16.
< L'éthylomètre : il mesure le taux d'alcoolémie par litre d'air expiré
(compris entre 0 et 2,00 mg.L-1), grâce à l'absorption de radiations
infrarouges par les molécules d'éthanol). Doc.8 p.16.
< Le ionomètre : il donne la concentration des ions présents dans une
solution. Doc.11 p.17.
< Le système télémétrique pour contrôler la pollution de l'air en
continu : un rayon lumineux est transmis d'un émetteur jusqu'à un
récepteur distant de plusieurs centaines de mètres. L'analyse de la
lumière reçue permet de déterminer la nature et la concentration des
polluants présents dans l'air. Doc.10 p.17.
< Les dosages : Ce sont des transformations chimiques qui permettent de
déterminer la concentration d'une espèce chimique présente en solution. III - La quantité de matière
1°) Définition 2°) La constante d'Avogadro
3°) Relation entre quantité de matière et constante d'Avogadro Exemple : Un tube à essai contient de la poudre de fer contenant 5,48.1036
molécules de fer. Déterminer la quantité de matière de fer présente
dans ce tube à essai.
4°) Comment déterminer une quantité de matière ? Certaines grandeurs physiques comme la masse, le volume, ou la pression se
mesurent directement grâce à un appareil de mesure. Or aucun appareil ne
mesure directement la quantité de matière. Pour déterminer une quantité de
matière, il est donc nécessaire de connaître des relations entre la
quantité de matière et les autres grandeurs mesurables. IV - Comment déterminer la quantité de matière d'une espèce chimique solide
ou liquide ? 1°) Par la pesée A l'aide d'une balance, on peut mesurer la masse notée mA d'un échantillon
d'une espèce chimique A Comment relier la masse et la quantité de matière ? a) Rappel de la définition de la masse molaire moléculaire
Exemple : M( ) = 35,0 g.mol-1 M( ) = 37,0
g.mol-1 b) Rappel de la relation entre masse et quantité de matière
Remarques :
. Si l'espèce A est atomique, MA est donnée dans le tableau périodique des
éléments.
. Si l'espèce A est moléculaire, MA doit être calculée à partir des données
du tableau périodique des éléments en effectuant la somme des masses
molaires atomiques de tous les atomes constituant la molécule.
. Si l'espèce A est un solide ionique, MA doit être calculée à partir des
données du tableau périodique des éléments en effectuant la somme des
masses molaires atomiques des éléments figurant dans la formule
statistique de A. Exemple : Déterminer la quantité de matière correspondant à 1,13kg d'eau de
formule H2O 2°) Par mesure de volume
a) Rappel de la définition de la masse volumique et de la densité
Exercice :
1°) Donner l'expression littérale qui relie densité et masse volumique
2°) Conversions :
1dm3 = L 1m3 =
dm3
1dm3 = cm3 1cm3 = mL
1kg.m-3 = g.L-1 1g.cm-3 = g.L-1
3) a) Déterminer la quantité de matière correspondant à 50mL de
cyclohexane, liquide de formule brute [pic] et de masse volumique égale
à 0,78g.cm-3.
b) Calculer la densité de ce liquide sachant que [pic]
c) Le cyclohexane est non miscible à l'eau. Indiquer la position des
phases après décantation si on mélange ces deux liquides. Justifier.
b) Relation entre volume et quantité de matière IV - Comment déterminer la quantité de matière d'une espèce chimique
gazeuse ? 1°) Par la pesée
Si on connaît la masse mA de l'échantillon gazeux d'une espèce chimique
notée A, on utilise la formule vues au paragraphe IV- 1 - b)
Cependant, la pesée d'un gaz étant délicate à réaliser, cette méthode est
peu utilisée pour déterminer la quantité de matière n de l'espèce gazeuse. 2°) En utilisant l'équation des gaz parfaits La mesure de V et de la pression P d'un gaz à la température T, permet de
connaître la quantité de matière n de l'espèce gazeuse en utilisant la
relation qui lie ces quatre grandeurs : Remarque : conversion des degrés celsuis au Kelvin :
On a convenu de définir une nouvelle échelle de température, appelée
échelle des températures absolues ou échelle Kelvin. La relation entre la température absolue T, toujours positive et la
température Celsius ? est donnée par l'équation :
T = ? + 273,15
? est en Kelvin (K)
? est en °C Exemple : Déterminer la quantité de matière correspondant à 50cm3 d'éther
gazeux de formule brute C4H10O, sous la pression atmosphérique
normale (1013hpa) et à une température de 40°C. 3°) En utilisant le volume molaire
a) Définition
b) Volume et quantité de matière
Exemple : Déterminer la quantité de matière correspondant à 50cm3 d'éther
gazeux de formule brute C4H10O, sous la pression atmosphérique
normale (1013hPa) et à une température de 40°C. A cette pression et
à cette température, Vm = 25,7L.mol-1. Comparer le résultat obtenu
avec celui obtenu au paragraphe précédant. V - Comment déterminer la quantité de matière d'une espèce chimique en
solution ?
1°) Définition d'une solution
2°) En utilisant la concentration molaire
Pour trouver la quantité de matière, on utilise