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La quantité de matière : formules et mole

L’essentiel

La quantité de matière, notée n, compte les entités chimiques par paquets. Son unité est la mole (mol) : une mole contient 6,02 × 10²³ entités. Les formules à connaître sont n = N / NA, n = m / M et, pour une solution, n = C × V.

La mole, unité de la quantité de matière

Un seul gramme de matière contient un nombre gigantesque d’atomes ou de molécules. Pour exprimer une quantité de matière sans ces nombres, les chimistes comptent par paquets, comme on compte les œufs par douzaines. Ce paquet s’appelle la mole.

Une mole contient exactement 6,02214076 × 10²³ entités. Ce nombre est la constante d’Avogadro, notée NA. En pratique, on utilise NA = 6,02 × 10²³ mol⁻¹.

Les formules de la quantité de matière

Dans toutes ces formules, n s’exprime en mol.

Quelle formule choisir ?
Tu connais…FormuleUnités
Un nombre d’entités Nn = N / NAN sans unité, NA en mol⁻¹
Une masse mn = m / Mm en g, M en g/mol
Une concentration C et un volume Vn = C × VC en mol/L, V en L
Un volume de gaz Vn = V / VmV en L, Vm en L/mol

Astuce : Vm est le volume molaire d’un gaz. Il vaut environ 24 L/mol à 20 °C et sous la pression atmosphérique normale.

Calculer une masse molaire

La masse molaire M est la masse d’une mole d’entités. Pour une molécule, additionne les masses molaires atomiques de tous ses atomes.

  • Données : H = 1,0 g/mol, C = 12,0 g/mol, O = 16,0 g/mol, Na = 23,0 g/mol, Cl = 35,5 g/mol.
  • M(H₂O) = 2 × 1,0 + 16,0 = 18,0 g/mol.
  • M(CO₂) = 12,0 + 2 × 16,0 = 44,0 g/mol.
  • M(NaCl) = 23,0 + 35,5 = 58,5 g/mol.
  • M(C₆H₁₂O₆) = 6 × 12,0 + 12 × 1,0 + 6 × 16,0 = 180,0 g/mol.

Exemples de calcul pas à pas

  • À partir d’un nombre d’entités. Un échantillon contient 1,2 × 10²⁴ molécules. n = 1,2 × 10²⁴ ÷ (6,02 × 10²³) = 2,0 mol.
  • À partir d’une masse. 36 g d’eau : n = 36 ÷ 18,0 = 2,0 mol.
  • À partir d’une solution. 250 mL à 0,20 mol/L : V = 0,250 L, donc n = 0,20 × 0,250 = 0,050 mol.
  • À partir d’un gaz. 12 L de dioxygène à 20 °C : n = 12 ÷ 24 = 0,50 mol.

Retrouver une masse ou un nombre d’entités

Les formules se retournent : m = n × M et N = n × NA.

  • Masse de 0,10 mol de sel : m = 0,10 × 58,5 ≈ 5,9 g.
  • Nombre de molécules dans 0,50 mol d’eau : N = 0,50 × 6,02 × 10²³ ≈ 3,0 × 10²³.

Les erreurs à éviter

  • n = C × V avec V = 250 mL n = C × V avec V = 0,250 L

    Si C est en mol/L, le volume doit être en litres.

  • Confondre n et N n en mol, N sans unité

    n est un nombre de moles, N un nombre d’entités. Ils diffèrent d’un facteur NA.

  • M(H₂O) = 1,0 + 16,0 M(H₂O) = 2 × 1,0 + 16,0

    Il faut compter chaque atome de la formule, donc les deux hydrogènes.

Exercices corrigés

  1. 1. Quelle est l’unité de la quantité de matière ?

    Voir la correction

    La mole. La quantité de matière s’exprime en mol.

  2. 2. Quelle est la valeur approchée de la constante d’Avogadro ?

    Voir la correction

    6,02 × 10²³ mol⁻¹. NA = 6,02 × 10²³ mol⁻¹.

  3. 3. Quelle quantité de matière représentent 3,01 × 10²³ molécules ?

    Voir la correction

    0,500 mol. n = N / NA = 3,01 × 10²³ ÷ (6,02 × 10²³) = 0,500 mol.

  4. 4. Quelle quantité de matière représentent 88 g de CO₂ (M = 44 g/mol) ?

    Voir la correction

    2,0 mol. n = m / M = 88 ÷ 44 = 2,0 mol.

  5. 5. Quelle quantité de soluté contiennent 50 mL d’une solution à 0,10 mol/L ?

    Voir la correction

    5,0 × 10⁻³ mol. n = C × V = 0,10 × 0,050 = 5,0 × 10⁻³ mol. Il faut convertir 50 mL en 0,050 L.

  6. 6. Quelle est la masse de 0,25 mol de glucose (M = 180 g/mol) ?

    Voir la correction

    45 g. m = n × M = 0,25 × 180 = 45 g.

Questions fréquentes

Que veut dire n en chimie ?

n désigne la quantité de matière, exprimée en mol. Attention, N majuscule désigne un nombre d’entités ou l’élément azote.

Quelle est la formule de la mole ?

La mole est une unité, pas une grandeur. La formule de base est n = N / NA, et la plus utilisée au lycée est n = m / M.

Quelle différence entre masse et masse molaire ?

La masse m d’un échantillon s’exprime en grammes et dépend de sa taille. La masse molaire M, en g/mol, est une caractéristique de l’espèce chimique.

Pour aller plus loin