Dalton (1766-1844) est sans conteste celui qui a donné à l'atome toute sa place dans la chimie. Il a fait réagir différentes espèces chimiques entre elles et il a montré qu'elles réagissent toujours dans des rapports de nombres d'entités entiers. Par exemple, Dalton a interprété ainsi la réaction entre l'hydrogène et l'oxygène : \text{H} + \text{O} \rightarrow \text{HO}.
Il a déterminé que l'hydrogène et l'oxygène réagissent dans les proportions d'1 g d'hydrogène pour 8 g d'oxygène.

1. Déterminer le nombre d'atomes dans 1 g d'hydrogène. De même dans 8 g d'oxygène. Cela vérifie-t-il le postulat de Dalton ?

Aujourd'hui, il a été démontré que : 2 \,\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2 \, \text{H}_2\text{O}.

2. Déterminer le nombre de molécules dans 1 g de dihydrogène pur et dans 8 g de dioxygène pur. Cela vérifie-t-il le postulat ?

3. D'après les résultats trouvés, expliquer pourquoi la deuxième équation-bilan est la bonne.

Données

Masses :

m(\text{H}) = 1\text{,}67 \times 10^{-27} kg ;
m(\text{O}) = 2\text{,}66 \times 10^{-26} kg.

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28
Proposition de protocole
Préparation d'une solution TP

✔ ANA : Élaborer un protocole

On souhaite préparer 50 mL d'une solution d'eau salé par dissolution de 0,10 mol de chlorure de sodium (\text{NaCl}).

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1. Déterminer la masse correspondante de (\text{NaCl}).

2. Faire l'inventaire du matériel nécessaire pour préparer cette solution.

3. Décrire le protocole correspondant par des schémas légendés.

Données

Masses :

m(\text{Na}) = 3\text{,}82 \times 10^{-26} kg ;
m(\text{Cl}) = 5\text{,}89 \times 10^{-26} kg.

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30
Ajuster une équation de réaction

✔ MOD : Utiliser le modèle de la transformation chimique

On trouve parfois des nombres fractionnaires dans une équation-bilan (ex. : \mathrm{H}_{2}+\dfrac{1}{2} \mathrm{O}_{2} \rightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}) alors qu'il n'existe pas de demi-molécule !

1. Une équation-bilan est-elle une interprétation microscopique ou bien macroscopique d'une transformation chimique ?

2. S'interprète-t-elle en termes de nombre de molécules ou en moles de molécules ?

3. Peut-on alors écrire ainsi une équation-bilan ?

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29
Histoire des sciences
Le calcium

✔ APP : Extraire l'information de supports variés

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Humphry Davy (1778-1829) est sans doute l'un des chimistes les plus acharnés et aventureux. Au péril de sa vie, il a mené de nombreuses expériences qui ont permis de découvrir de nouveaux métaux comme le calcium. Pour cela, il réalisa l'électrolyse du chlorure de calcium fondu \text{CaCl}_2. Cette expérience consiste à décomposer une espèce chimique en faisant passer un courant électrique dans l'échantillon. Dans ce cas :

\mathrm{Ca}^{2+}+2 \mathrm{Cl}^{-} \rightarrow \mathrm{Ca}+\mathrm{Cl}_{2}

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1. Combien y a-t-il d'ions calcium et d'ions chlorure dans 10 g de \text{CaCl}_2 ?

2. À quelles quantités de matière cela correspond-il ?

3. D'après l'équation-bilan, quelle quantité de matière de calcium obtiendra-t-on à l'issue de cette électrolyse ?

4. À quelle masse de calcium cela correspond-il ?

Données

Masses :
m(\text{Ca}) = 6\text{,}66 \times 10^{-26} kg ;
m(\text{Cl}) = 5\text{,}89 \times 10^{-26} kg ;
N_A = 6\text{,}02 \times 10^{23} mol^{-1}.

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A
Nombre de molécules d'eau dans un verre d'eau

✔ MATH : pratiquer le calcul numérique : puissances de 10

1. À l'aide des données, déterminer la masse d'une molécule d'eau, puis estimer le nombre de molécules d'eau contenues dans un verre d'eau de 200 mL.

2. On estime que les mers et les océans remplissent un volume de 1,3 \times 10^{21} L environ (1,3 milliard de km³). Estimer le nombre de verres d'eau que pourrait remplir l'ensemble des mers et des océans et comparer ce nombre au nombre de molécules d'eau dans un verre d'eau.

3. On estime le nombre de galaxies dans l'Univers observable à quelques centaines de milliards environ et le nombre moyen d'étoiles dans chaque galaxie à 300 milliards environ. Estimer le nombre d'étoiles dans l'Univers observable et le comparer au nombre de molécules d'eau dans un verre d'eau.

4. On estime que la croûte terrestre représente environ 1 % de son volume, et que le sable représente environ 1 % du volume de la croûte terrestre. Estimer le nombre de grains de sable sur Terre et le comparer au nombre de molécules d'eau dans un verre d'eau.

Données

Masse molaire de l'eau : \text{M(H}_{2}\text{O)} = 18 g·mol⁻¹
Nombre d'Avogadro : \text{NA} = 6{,}02\times 10^{23}
Masse volumique de l'eau : \rho_{\text{eau}} = 1{,}0 \times 10^{3} g·L⁻¹
Volume de la Terre : \text{VT} = 1{,}08 \times 10^{21} m³
Volume d'un grain de sable : environ 1 mm³

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B
Intérêt de la mole

✔ MOD : Utiliser le modèle de la transformation chimique

On s'intéresse à la production de dihydrogène (\text{H}_2) à partir de l'électrolyse de 1 kg d'eau. L'équation-bilan de la réaction est \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{g}) \rightarrow \mathrm{H}_{2}(\mathrm{~g})+1/2 \: \mathrm{O}_{2}(\mathrm{~g})

1. Expliquer pourquoi il est faux de dire que 1 kg d'eau permet de produire 1 kg de dihydrogène et 0,5 kg de dioxygène.

2. D'après l'équation-bilan, quelle quantité de matière d'\text{H}_2 sera formée à partir de l'électrolyse d'une mole d'eau ?

3. a. Calculer \text{n(H}_2\text{O)} la quantité de matière d'eau contenue dans 1 kg.

b. En déduire \text{n}(\text{H}_2) la quantité de matière d'\text{H}_2 formée lors de l'électrolyse de 1 kg d'eau.

c. En déduire la masse de dihydrogène formée.

Données

Masse molaire de l'eau : \text{M}(\text{H}_2\text{O}) = 18 g·mol⁻¹
Masse molaire du dihydrogène : \text{M}(\text{H}_2) = 2{,}0 g·mol⁻¹

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27Réflexion de Dalton

28Proposition de protocolePréparation d'une solution TP

30Ajuster une équation de réaction

29Histoire des sciencesLe calcium

ANombre de molécules d'eau dans un verre d'eau

BIntérêt de la mole

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