Calcul de la masse molaire de l’eau
Comprendre comment calculer la masse molaire moléculaire d'un composé à partir des masses molaires atomiques de ses éléments constitutifs et appliquer ce calcul à la molécule d'eau.
La masse molaire moléculaire (\(M\)) d'une substance est la masse d'une mole de cette substance. Elle s'exprime en grammes par mole (g/mol). Pour un composé moléculaire, elle est calculée en additionnant les masses molaires atomiques de tous les atomes présents dans la formule brute de la molécule.
La formule brute de l'eau est \(H_2O\). Cela signifie qu'une molécule d'eau est constituée de deux atomes d'hydrogène (H) et d'un atome d'oxygène (O).
La relation pour calculer la masse molaire moléculaire est :
Données du Problème
On souhaite calculer la masse molaire moléculaire de l'eau (\(H_2O\)).
Masses molaires atomiques nécessaires (arrondies à une décimale pour cet exercice) :
- Hydrogène (H) : \(M(H) = 1.0 \text{ g/mol}\)
- Oxygène (O) : \(M(O) = 16.0 \text{ g/mol}\)
Questions
- Rappeler la formule brute de l'eau et identifier le nombre d'atomes de chaque élément la constituant.
- Écrire l'expression littérale permettant de calculer la masse molaire moléculaire de l'eau, \(M(H_2O)\), en fonction des masses molaires atomiques de l'hydrogène \(M(H)\) et de l'oxygène \(M(O)\).
- Calculer la valeur numérique de la masse molaire moléculaire de l'eau.
- Calculer la quantité de matière (en moles) contenue dans 90.0 g d'eau.
- Calculer la masse (en grammes) de 2.5 moles d'eau.
Correction : Calcul de la masse molaire de l’eau
1. Formule Brute et Composition de l'Eau
La formule brute de l'eau indique les types et le nombre d'atomes dans une molécule.
La formule brute de l'eau est \(H_2O\).
Une molécule d'eau est constituée de :
- 2 atomes d'hydrogène (H)
- 1 atome d'oxygène (O)
Formule : \(H_2O\). Composition : 2 atomes H, 1 atome O.
2. Expression Littérale de la Masse Molaire de l'Eau (\(M(H_2O)\))
La masse molaire moléculaire est la somme des masses molaires atomiques des atomes de la molécule, multipliées par leur nombre respectif.
Ou plus simplement :
\[ M(H_2O) = 2 \cdot M(H) + M(O) \]L'expression littérale est \(M(H_2O) = 2 \cdot M(H) + M(O)\).
Quiz Intermédiaire
3. Calcul Numérique de la Masse Molaire de l'Eau
On utilise l'expression littérale et les valeurs des masses molaires atomiques fournies.
Données :
- \(M(H) = 1.0 \text{ g/mol}\)
- \(M(O) = 16.0 \text{ g/mol}\)
La masse molaire moléculaire de l'eau est \(M(H_2O) = 18.0 \text{ g/mol}\).
4. Quantité de Matière dans 90.0 g d'Eau
On utilise la relation \(n = m/M\).
Données :
- \(m_{eau} = 90.0 \text{ g}\)
- \(M(H_2O) = 18.0 \text{ g/mol}\) (calculée)
La quantité de matière dans 90.0 g d'eau est \(n_{eau} = 5.00 \text{ mol}\).
Quiz Intermédiaire
5. Masse de 2.5 moles d'Eau
On utilise la relation \(m = n \cdot M\).
Données :
- \(n'_{eau} = 2.5 \text{ mol}\)
- \(M(H_2O) = 18.0 \text{ g/mol}\) (calculée)
La masse de 2.5 moles d'eau est \(m'_{eau} = 45.0 \text{ g}\).
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Glossaire des Termes Clés
Mole (mol) :
Unité de quantité de matière, correspondant à \(N_A \approx 6.022 \times 10^{23}\) entités élémentaires.
Masse Molaire Atomique (\(M\)) :
Masse d'une mole d'atomes d'un élément chimique. Unité : g/mol.
Masse Molaire Moléculaire (\(M\)) :
Masse d'une mole de molécules d'un composé. C'est la somme des masses molaires atomiques des atomes constituant la molécule. Unité : g/mol.
Quantité de Matière (\(n\)) :
Grandeur physique mesurant le nombre de moles d'une substance. Unité : mol.
Formule Brute :
Représentation des types et du nombre d'atomes dans une molécule (ex: \(H_2O\)).
Nombre d'Avogadro (\(N_A\)) :
Nombre d'entités par mole, environ \(6.022 \times 10^{23} \text{ mol}^{-1}\).
Questions d'Ouverture ou de Réflexion
1. Pourquoi la masse molaire atomique du carbone indiquée dans le tableau périodique (12.011 g/mol) n'est-elle pas exactement 12 g/mol, alors que le carbone-12 sert de référence ?
2. Comment calculerait-on la masse molaire d'un composé ionique, comme le chlorure de sodium (NaCl) ?
3. Si l'on connaît la densité d'une substance liquide pure et sa masse molaire, comment pourrait-on calculer la quantité de matière présente dans un certain volume de ce liquide ?
4. L'eau "lourde" (oxyde de deutérium, \(D_2O\)) a une masse molaire différente de l'eau "normale" (\(H_2O\)). Expliquez pourquoi et calculez sa masse molaire (M(D) \(\approx\) 2.0 g/mol).
5. Comment la connaissance des masses molaires est-elle essentielle pour réaliser des réactions chimiques avec des proportions précises de réactifs (stœchiométrie) ?
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