Masse molaire d’une espèce

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Classe(s) : 1re Générale | Thème(s) : La matière à l'échelle macroscopique

La masse molaire d’une espèce est la masse d’une mole de cette espèce. Elle permet principalement d’associer deux grandeurs : la masse (facilement mesurable à l’aide d’une balance) et la quantité de matière (essentielle mais non mesurable directement).

I Détermination d’une masse molaire

1 Masse molaire atomique

La mole est l’unité de quantité de matière, liée au nombre d’Avogadro 𝒩A. Dans une mole d’atomes, il y a 6,02 × 1023 atomes, avec 𝒩A = 6,02 × 1023 mol−1. Dans un échantillon contenant N atomes, on a donc n mol d’atomes avec :

05229_C01_01

N = n × 𝒩A

Par analogie, on peut raisonner avec les masses. La masse molaire d’un atome est la masse d’une mole de cet atome : c’est le produit de la masse d’un atome par le nombre d’Avogadro :

M (atome) = m(1 atome) × 𝒩A

Les masses molaires atomiques sont indiquées dans le tableau périodique des éléments.

2 Masse molaire moléculaire

La masse molaire moléculaire est la masse d’une mole de molécules. Elle se ­calcule en « décomposant » la molécule en atomes qui la constituent.

Exemple :

M(C2H4)=2×M(C)+4×M(H)=2×12,0+4×1,0=28,0 g · mol1

À noter

Attention aux chiffres significatifs ! Chaque masse molaire atomique est souvent donnée à 0,1 g · mol−1 près : la masse molaire moléculaire sera donc aussi à donner à 0,1 g · mol−1 près.

3 Masse molaire ionique

La masse d’un atome étant très majoritairement concentrée dans son noyau, la masse d’un atome sera très proche de la masse de l’ion correspondant.

Donc la masse molaire d’un ion est presque égale à la masse molaire de l’atome.

Exemple :

M(Na+ M(Na) et M(Cr2O72–)  2 × M(Cr) + 7 × M(O)

II Relation entre la masse et la quantité de matière

PB_Bac_05229_PhyChi1_TT_p009-040_C01_Groupe_Schema_0

Méthodes

1 Calculer une masse molaire moléculaire

La rose doit son parfum délicat à une molécule de formule semi-développée :

05229_C01_02

conseils

Trouvez d’abord la ­formule brute de cette molécule, puis écrivez la masse moléculaire de la molécule en fonction des masses ­moléculaires atomiques et du nombre de chaque atome dans la ­molécule.

Déterminer la masse molaire de cette molécule.

Données : quelques masses molaires ­atomiques :

M(H) = 1,0 g · mol−1 ; M(C) = 12,0 g · mol−1 ; M(O) = 16,0 g · mol−1.

solution

La formule brute de cette molécule est : C11H20O2.

Donc : M(C11H20O2) = 11 × M(C) + 20 × M(H) + 2 × M(O)

= 11 × 12,0 + 20 × 1,0 + 2 × 16,0 = 184,0 g · mol–1.

2 Déterminer une quantité à partir d’une masse

On considère un bloc de charbon, de masse m = 1,85 kg. Le charbon est un corps constitué uniquement d’atomes de carbone.

a. Calculer la quantité de matière en atomes de carbone dans ce bloc de charbon.

b. Calculer le nombre d’atomes de carbone présents dans ce bloc de charbon.

conseils

a. Utilisez la relation liant la masse à la quantité de matière, mais attention aux unités : la masse doit être exprimée en grammes.

solution

a. Dans le tableau périodique des éléments, on trouve la masse molaire ­atomique du carbone : M(C) = 12,0 g · mol−1.

On a : n(C)=m(bloc de charbon)M(C)=1,85×10312,0=154 mol.

b. Nombre d’Avogadro : 𝒩A = 6,02 × 1023 mol−1.

N(C) = n(C) × 𝒩A = 154 × 6,02 × 1023 = 9,28 × 1025. Ce bloc de charbon contient le nombre (extraordinairement grand !) de 9,28 × 1025 atomes de carbone.