Formulaire : rappels de chimie

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I. Masse volumique

Définition :
La masse volumique d'un corps de masse m\text{m} et de volume V\text{V} est :

μ=mV\boxed{\mu = \dfrac{\text{m}}{\text{V}}}

Unités : m\text{m} est en kg\text{kg} ; V\text{V} est en m3m^3 ; μ\mu est en kg.m3kg.m^{-3} .

II. Densité

Définition :
La densité dd d'un corps est le rapport entre la masse volumique ρ\rho de ce corps et la masse volumique ρo\rho_o du corps de comparaison pris dans les mêmes conditions :

d=ρρo\boxed{d = \dfrac{\rho}{\rho_o}}

Le corps de comparaison est :

  • L'eau pour les solides et les liquides ;

  • L'air pour les gaz.

Unités : ρ\rho est en kg.m3kg.m^{-3} ; ρo\rho_o est en kg.m3kg.m^{-3} ; dd est sans unité.

III. Loi des gaz parfaits

Énoncé :
Si la température et la pression ne sont pas trop élevées, un gaz peut être considéré comme parfait. Sa quantité de matière nn, sa pression PP, sa température TT et son volume VV sont liés par la relation :

P×V=n×R×T\boxed{P \times V = n \times R \times T}

si RR est la constante des gaz parfaits.

Unités : PP est en PaPa ; VV est en m3m^3 ; TT est en KK (kelvin) ; alors R=8,314R = 8,314 (S.IS.I).

Remarque : dans les mêmes conditions, le volume molaire VmV_m est le même pour tous les gaz.

Exemples :

  • Dans les conditions normales (P0=1 atmP_0 = 1~ \text{atm} ; T0=0oCT_0 = 0^oC d'où P0=101 300 PaP_0 = 101~300~Pa, T0=273 KT_0 = 273~K), Vmo=22,4 L/molV_{m_o} = 22,4~\text{L/mol} .

  • Dans les conditions habituelles (P=1 atmP = 1~\text{atm}, T=20oCT = 20^oC), Vm=24,0 L/molV_m = 24,0~\text{L/mol} .

IV. Concentration en quantité de matière d'une solution

Définition :
Si on dissout n(soluteˊ)n_{(\text{soluté})} mol de soluté dans l'eau pour faire un volume VV de solution, alors la concentration en quantité de matière (ou molaire) de la solution est :

C=n(soluteˊ)V\boxed{\text{C} = \dfrac{\text{n}_{\text{(soluté)}}}{\text{V}}}

Unités :

  • Usuelles : n(soluteˊ)n_{(\text{soluté})} est en mol\text{mol} ; VV est en LL ; CC est en mol/L\text{mol/L} ;

  • S.I : n(soluteˊ)n_{(\text{soluté})} est en mol\text{mol} ; VV est en m3m^3 ; CC est en mol.m3mol.m^{-3} .

V. Concentration en quantité de matière d'une espèce XX présente en solution

Définition :
Si le volume V\text{V} d'une solution contient n(X)\text{n(X)} mol de l'espèce X\text{X}, alors la concentration en quantité de matière (ou molaire) de X\text{X} dans cette solution est :

[X]=n(X)V\boxed{\text{[X]} = \dfrac{\text{n(X)}}{\text{V}}}

Unités :

  • Usuelles : n(X)n(X) est en mol\text{mol} ; V\text{V} est en L\text{L} ; [X][X] est en mol/L\text{mol/L} ;

  • S.I : n(X)n(X) est en mol\text{mol} ; V\text{V} est en m3m^3 ; [X][X] est en mol.m3mol.m^{-3} .

VI. Concentration en masse d'une espèce XX présente en solution

Définition :
Si le volume V\text{V} d'une solution contient la masse m(X)\text{m(X)} de l'espèce X\text{X}, alors la concentration en masse (ou titre massique) de X\text{X} dans cette solution est :

t(X)=m(X)V\boxed{\text{t(X)} = \dfrac{\text{m(X)}}{\text{V}}}

Unités :

  • Usuelles : m(X)\text{m(X)} est en g\text{g} ; V\text{V} est en L\text{L} ; t(X)\text{t(X)} est en g/L\text{g/L} .

  • S.I : m(X)\text{m(X)} est en kg\text{kg} ; V\text{V} est en m3m^3 ; t(X)\text{t(X)} est en kg.m3kg.m^3 .

Remarque :

t(X)=m(X)V\text{t(X)} = \dfrac{\text{m(X)}}{\text{V}},

mais par définition m(X)=n(X)×M(X)\text{m(X)} = \text{n(X)} \times \text{M(X)}

donc t(X)=n(X)×M(X)V\text{t(X)} = \dfrac{\text{n(X)} \times \text{M(X)}}{\text{V}},

mais n(X)V=[X]\dfrac{\text{n(X)}}{\text{V}} = \text{[X]},

donc :

t(X)=[X]×M(X)\boxed{\text{t(X)} = \text{[X]} \times \text{M(X)}}

VII. Concentration en masse d'une solution

Définition :
Si on dissout une masse m(soluteˊ)\text{m}_{\text{(soluté)}} de soluté dans l'eau pour faire un volume V\text{V} de solution, alors la concentration en masse (ou titre massique) de cette solution est :

t=m(soluteˊ)V\boxed{\text{t} = \dfrac{\text{m}_{\text{(soluté)}}}{\text{V}}}

Unités :

  • Usuelles : m(soluteˊ)\text{m}_{(\text{soluté})} est en g\text{g} ; V\text{V}est en L\text{L} ; t\text{t} est en g/L\text{g/L} ;

  • S.I : m(soluteˊ)\text{m}_{(\text{soluté})} est en kg\text{kg} ; V\text{V}est en m3m^3 ; t\text{t} est en kg.m3kg.m^3 .

Remarque : on a aussi t=C×M(soluteˊ)\boxed{\text{t} = \text{C} \times \text{M}_{\text{(soluté)}}}.

VIII. Conductance d'une solution ionique diluée

Définition :
La conductance G\text{G} d'une portion de solution est l'inverse de la résistance R\text{R}.

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Propriété :
La conductance de la portion de solution ionique entre les électrodes A\text{A} et B\text{B} est :

G=IUAB\boxed{\text{G} = \dfrac{\text{I}}{\text{U}_{\text{AB}}}}

Unités : I\text{I} est en A\text{A} ; UAB\text{U}_{\text{AB}} est en V\text{V} ; G\text{G} est en siemens (S\text{S}).

Remarque : l'expression de la loi d'Ohm pour la portion de solution entre les électrodes A\text{A} et B\text{B} est UAB=R.IU_{AB} = R.I ou I=G.UABI = G.U_{AB} .

Expression :
La conductance de la portion d'une solution ionique entre deux électrodes parallèles, de surface S\text{S} et distantes de L\text{L}, est :

G=σ×SL\boxed{\text{G} = \sigma \times \dfrac{\text{S}}{\text{L}}}

si σ\sigma est la conductivité de la solution.

Unités : G\text{G} est en S\text{S} ; S\text{S} est en m2m^2 ; L\text{L} est en m\text{m} ; σ\sigma est en S.m1S.m^{-1} .

IX. Conductivité d'une solution ionique diluée

Définition :
La conductivité d'une solution dépend de la nature des ions XiX_i présents dans cette solution et de leur concentration molaire [Xi][X_i] :

σ=λi×[Xi]\boxed{\sigma = \sum \lambda_i \times [X_i]}

si λi\lambda_i est la conductivité molaire ionique de l'ion XiX_i.

Unités : σ\sigma est en S.m⁻¹ ; [Xi][X_i] est en mol.m⁻³ ; λi\lambda_i est en S.m².mol⁻¹.

X. Dosage ou titrage

Définitions :

  • Titrer ou doser une espèce chimique dans une solution : c'est déterminer sa concentration molaire dans cette solution.

  • L'équivalence est atteinte quand les réactifs de la réaction du dosage ont été introduits dans des proportions stœchiométriques.

À l'équivalence, le réactif titrant et le réactif titré ont entièrement réagi.

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Exemples :

  • Dosage conductimétrique (de l'ion Ag+Ag^+ par l'ion ClCl^-) ;

  • Dosage colorimétrique à l'aide d'un indicateur coloré ;

  • Dosage pH-métrique à l'aide d'une sonde à pH\text{pH} ;

  • Dosage potentiométrique (hors programme).

XI. Réaction chimique et avancement

Définition :

L'avancement de la réaction, noté xx, exprimé en mol, permet de suivre l'évolution des quantités de matières des réactifs et des produits au cours de la transformation chimique.

Propriété :

Pour une équation chimique du type α.A+β.Bγ.C+δ.D\alpha.A + \beta.B \to \gamma.C + \delta.D, si l'avancement de la réaction est xx, c'est que les quantités α.x\alpha.x de réactif AA et β.x\beta.x de réactif BB ont été consommées. Simultanément, les quantités γ.x\gamma.x du produit CC et δ.x\delta.x du produit DD ont été formées.

Tableau descriptif du système chimique en évolution :

  • un état initial (à t=0 st = 0~s) : l'avancement de la réaction est nul.

  • un état intermédiaire (à tt) : l'avancement de la réaction est xx.

  • un état final (à t=tft = t_f) : l'avancement de la réaction est xfx_f.

Attention : l'état maximal (x=xmaxx = x_{\text{max}}) n'est pas systématiquement atteint ! C'est un état théorique qui permet de déterminer le ou les réactif(s) limitant(s).

XII. Réactions d'oxydoréduction

Définitions :

  • Un oxydant est une espèce chimique capable de capter 11, 22 ou 33 électrons (ee⁻).

  • Un réducteur est une espèce chimique capable de céder 11, 22 ou 33 ee⁻.

  • Une oxydation est une perte de ee⁻.

  • Une réduction est un gain de ee⁻.

  • Un couple oxydant/réducteur, noté Ox/Red\text{Ox/Red}, est constitué de deux espèces chimiques conjuguées qui échangent des ee⁻ selon la demi-équation électronique :

Ox+neRed\boxed{\text{Ox} + n e⁻ \to \text{Red}}

  • Une réaction d'oxydoréduction est un transfert de ee⁻ du réducteur d'un couple vers l'oxydant d'un autre couple.

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= Merci à gbm pour avoir contribué à l'élaboration de cette fiche =