Chimie: Concentrations, Masses et Synthèses

Voici une fiche de révision sur la concentration en quantité de matière et l'anhydride éthanoïque.

La Concentration en Quantité de Matière

La concentration en quantité de matière, aussi appelée concentration molaire, représente la quantité de soluté (en moles) dissoute par litre de solution. Elle est exprimée en moles par litre (mol·L⁻¹).

Relation avec la Concentration en Masse

La concentration en quantité de matière (c) et la concentration en masse (Cₘ) sont liées par la masse molaire (M) du soluté :

c = Cₘ / M ou Cₘ = c × M

Où :

• c est la concentration en quantité de matière (mol·L⁻¹)

• Cₘ est la concentration en masse (g·L⁻¹)

• M est la masse molaire du soluté (g·mol⁻¹)

Application : Calcul de la Concentration de Saccharine

La saccharine (C₇H₅NO₃S) est un édulcorant. Trois sucrettes de 20 mg chacune sont dissoutes dans 125 mL de thé.

1. Calcul de la masse molaire de la saccharine (C₇H₅NO₃S) :

   • M_C = 12,0 g·mol⁻¹

   • M_H = 1,0 g·mol⁻¹

   • M_N = 14,0 g·mol⁻¹

   • M_O = 16,0 g·mol⁻¹

   • M_S = 32,1 g·mol⁻¹

   M(C₇H₅NO₃S) = (7 × 12,0) + (5 × 1,0) + (1 × 14,0) + (3 × 16,0) + (1 × 32,1)

   M(C₇H₅NO₃S) = 84,0 + 5,0 + 14,0 + 48,0 + 32,1 = 183,1 g·mol⁻¹

2. Calcul de la masse totale de saccharine :

   Masse d'une sucette = 20 mg = 0,020 g

   Masse totale = 3 sucrettes × 0,020 g/sucette = 0,060 g

3. Calcul de la quantité de matière de saccharine (n) :

   n = masse / masse molaire = 0,060 g / 183,1 g·mol⁻¹ ≈ 3,27 × 10⁻⁴ mol

4. Calcul du volume de thé en litres :

   Volume = 125 mL = 0,125 L

5. Calcul de la concentration en quantité de matière (c) :

   c = n / Volume = 3,27 × 10⁻⁴ mol / 0,125 L ≈ 2,62 × 10⁻³ mol·L⁻¹

La concentration en quantité de matière de la saccharine dans le thé est d'environ 2,62 × 10⁻³ mol·L⁻¹.

L'Anhydride Éthanoïque (C₄H₆O₃)

L'anhydride éthanoïque est un liquide important utilisé dans la synthèse de nombreuses espèces chimiques, comme la vanilline (arôme principal de la vanille).

Données

• Masses molaires atomiques :

  • M_C = 12,0 g·mol⁻¹

  • M_O = 16,0 g·mol⁻¹

  • M_H = 1,0 g·mol⁻¹

• Masse volumique de l'anhydride éthanoïque : ρ = 1,08 g·mL⁻¹

• Production mondiale annuelle : 2,70 milliards de litres

Calculs

1. Calcul de la masse molaire M de l'anhydride éthanoïque (C₄H₆O₃) :

   M(C₄H₆O₃) = (4 × M_C) + (6 × M_H) + (3 × M_O)

   M(C₄H₆O₃) = (4 × 12,0) + (6 × 1,0) + (3 × 16,0)

   M(C₄H₆O₃) = 48,0 + 6,0 + 48,0 = 102,0 g·mol⁻¹

2. Calcul de la masse m d'anhydride éthanoïque produite chaque année :

   Production annuelle en volume = 2,70 milliards de litres = 2,70 × 10⁹ L

   Convertir le volume en mL : 2,70 × 10⁹ L × 1000 mL/L = 2,70 × 10¹² mL

   Utiliser la masse volumique (ρ = m/V) : m = ρ × V

   m = 1,08 g·mL⁻¹ × 2,70 × 10¹² mL = 2,916 × 10¹² g

   En tonnes : 2,916 × 10¹² g = 2,916 × 10⁹ kg = 2,916 × 10⁶ tonnes

3. En déduire la quantité de matière n d'anhydride éthanoïque produite chaque année :

   n = m / M

   n = 2,916 × 10¹² g / 102,0 g·mol⁻¹ ≈ 2,86 × 10¹⁰ mol

Points Clés

• La concentration molaire est une mesure essentielle en chimie pour quantifier la quantité de soluté.

• La masse molaire permet de convertir entre masse et quantité de matière.

• La masse volumique est cruciale pour convertir entre volume et masse.