Avant tout calcul de chimie, il faut lire une formule, connaître le nom du composé et savoir combien pèse une mole. Ces trois savoirs servent dans presque tous les exercices de l'Exetat : masse molaire, quantité de matière, pourcentage d'un élément dans un engrais ou un produit.
L'essentiel
- La mole est un paquet de 6,02 × 10²³ entités (nombre d'Avogadro), comme la douzaine est un paquet de 12. La masse molaire M est la masse d'une mole, en g/mol.
- On obtient M en additionnant les masses atomiques de tous les atomes de la formule, chacune multipliée par son indice. Un indice après une parenthèse multiplie tout le groupe : Ca(OH)₂ contient 2 O et 2 H. Dans un hydrate, « ·5H₂O » ajoute 5 × 18 = 90 g/mol.
- Quantité de matière : n = m/M (n en mol, m en g, M en g/mol).
- Pourcentage massique (composition centésimale) d'un élément : (masse de cet élément dans une mole)/(masse molaire) × 100. Il permet de trouver la masse d'azote dans un sac d'engrais ou de métal dans un minerai.
- Noms des ions et des sels : l'anion d'un non-métal seul finit en -ure (chlorure Cl⁻, sulfure S²⁻) ; les anions oxygénés finissent en -ate ou -ite, -ite ayant un oxygène de moins (sulfate SO₄²⁻, sulfite SO₃²⁻ ; nitrate NO₃⁻, nitrite NO₂⁻). Autres : carbonate CO₃²⁻, phosphate PO₄³⁻, hypochlorite ClO⁻, permanganate MnO₄⁻, dichromate Cr₂O₇²⁻, ammonium NH₄⁺.
- Acides : HCl acide chlorhydrique, H₂SO₄ acide sulfurique, HNO₃ acide nitrique, H₃PO₄ acide phosphorique. Un chiffre romain donne la charge du métal : chlorure de cuivre(II) = CuCl₂ ; sulfate de fer(III) = Fe₂(SO₄)₃.
- Composés usuels : sel de Mohr FeSO₄·(NH₄)₂SO₄·6H₂O (réducteur étalon en volumétrie) ; alun de potassium KAl(SO₄)₂·12H₂O (clarifie l'eau, sert au tannage) ; vitriol bleu CuSO₄·5H₂O.
- Masses molaires utiles : H₂O 18 ; CO₂ 44 ; NaCl 58,5 ; H₂SO₄ 98 ; CaCO₃ 100 ; benzène C₆H₆ 78 ; naphtalène C₁₀H₈ (deux cycles accolés) 128 ; biphényle C₁₂H₁₀ (deux cycles reliés) 154.
Les formules
- Quantité de matière
- n = m/M
- n en mol ; m en g ; M en g/mol
- Pourcentage massique d'un élément
- % X = (k × M(X)/M(composé)) × 100
- k : nombre d'atomes X dans la formule
- Nombre d'entités
- N = n × 6,02 × 10²³
- nombre d'Avogadro
La méthode
- 1Développe la formule : compte chaque sorte d'atome, en multipliant les groupes entre parenthèses et en ajoutant l'eau des hydrates.
- 2Calcule M = somme (nombre d'atomes × masse atomique).
- 3Pour une quantité de matière, divise la masse (en g) par M.
- 4Pour un pourcentage, divise la masse de l'élément dans une mole par M, puis multiplie par 100.
- 5Pour une masse d'élément dans un échantillon, multiplie la masse de l'échantillon par ce pourcentage (écrit en décimal).
- 6Pour un prix (ou toute grandeur) « par mole », calcule d'abord la valeur pour 1 g, puis multiplie par M : 1 kg d'octane (M = 114 g/mol) à 2 500 FC coûte 2,5 FC le gramme, soit 2,5 × 114 = 285 FC la mole.
Un exemple résolu
Le nitrate d'ammonium NH₄NO₃ est un engrais azoté. Calcule son pourcentage massique d'azote, puis la masse d'azote dans un sac de 50 kg (H = 1 ; N = 14 ; O = 16).
- 1.Atomes dans NH₄NO₃ : 2 N (un dans NH₄⁺, un dans NO₃⁻), 4 H, 3 O.
- 2.M = 2 × 14 + 4 × 1 + 3 × 16 = 28 + 4 + 48 = 80 g/mol.
- 3.Masse d'azote dans une mole : 2 × 14 = 28 g.
- 4.% N = 28/80 × 100 = 35 %.
- 5.Masse d'azote dans le sac : 50 kg × 0,35 = 17,5 kg.
Réponse : 35 % d'azote, soit 17,5 kg d'azote dans un sac de 50 kg.
Les pièges à éviter
- Oublier le deuxième atome d'azote de NH₄NO₃ : avec un seul N on trouverait 17,5 %, la moitié de la bonne réponse.
- Négliger l'indice d'une parenthèse : dans CO(NH₂)₂, il y a 2 N et 4 H, donc M = 60 g/mol.
- Confondre -ate et -ite : sulfate SO₄²⁻, sulfite SO₃²⁻.
- Confondre sel de Mohr (sel de fer(II) et d'ammonium) et alun de potassium (sel de potassium et d'aluminium).
- Compter mal les H d'un composé aromatique : deux cycles accolés partagent 2 carbones (C₁₀H₈), deux cycles reliés par une liaison n'en partagent aucun (C₁₂H₁₀).
À retenir
M = somme des masses atomiques de la formule ; n = m/M ; pourcentage d'un élément = sa masse dans une mole divisée par M, fois 100.