MOLECULES ET NOTION DE VOLUME MOLAIRE

FORMATION D’UNE MOLECULE-LIAISON COVALENTE

Définition

Une molécule est un assemblage, électriquement neutre, formé des atomes liés entre eux par des liaisons covalentes.

Liaison covalente

Une liaison covalente entre deux atomes est la mise en commun d’un doublet d’électron.

Remarques :

-Les électrons qui peuvent être mis en commun sont des électrons célibataires. Le doublet d’électron qu’ils forment est un doublet liant, par opposition au doublet non liant pouvant exister sur la couche externe d’un atome.

-Un atome peut former autant de liaisons covalentes qu’ils possèdent des électrons célibataires sur sa couche externe.

-Le nombre de liaisons covalentes que peut former un atome est la valence de cet atome.

REPRESENTATIONS D’UNE MOLECULE

· La formule brute d’une molécule est obtenue par juxtaposition des symboles des éléments constituant la molécule. Chaque symbole porte en indice, en bas et à droite, le nombre d’atomes de cet élément dans la molécule. Le nombre 1 n’est pas porté.

Exemples : H₂O ; HCl

· La représentation de Lewis met en évidence les doublets liants et non-liants.

La représentation de Lewis simplifiée ou formule développée ne met en évidence que les doublets de liaison.

Exemples : H-Cl pour HCl; Cl-Cl pour Cl₂

· On peut aussi utiliser des modèles moléculaires.

Exemples : pour la molécule H₂O

3.AUTRES TYPES DE LIAISONS CHIMIQUES

4.LE VOLUME MOLAIRE : LOI D’AVOGADRO-AMPERE

· Loi d’Avogadro-Ampère 

Dans les mêmes conditions de température et de pression, le volume occupé par une mole de gaz est indépendant de la nature de ce gaz. On l’appelle volume molaire, noté V_m.

Dans les conditions normales de température et de pression (0°C ; 1,013Pa), le volume molaire vaut 22,4 l.mol^-1

· Détermination d’une quantité de matière pour les gaz : n=V/V_m

V_m : Volume molaire (l.mol^-1)

V : Volume de l’échantillon(l)

n: quantité de matière (n)

LOI DES GAZ PARFAITS

Ø Loi de Boyle-Mariote : A température constante, pour une masse donnée de gaz, le produit de la pression du gaz par son volume est constant :

TV=K, K étant une constante

Ø Loi de Gay-Lussac : A pression constante, le volume d’une masse donnée de gaz est proportionnel a la température absolue :

V/T =constante, a pression constante

Avec T(K)= t( C)+273

Ø Loi de Charles : A volume constant, la pression d’une masse de gaz donne est proportionnelle a la température absolue

P/T=constante, a volume constant.

Définition : un gaz parfait est un gaz qui suit à toute température et sous toute pression les lois de Boyle-Mariote , Gay-Lussac et Charles.

On a :

PV=nRT

n :nombre de moles ;

V :volume

P : pression

T :température

R est la constante des gaz parfaits

R=8,31 unités S.I

Relation entre la masse molaire et la densité d’un gaz

Dans les CNTP, une mole une mole occupe 22,4l. la masse d’air qui occupe le même volume est 1,293x22,4=29 g puisque la masse volumique de l’air vaut 1,293g/l. Pour les gaz,

d=M/29

d : densite

M : masse molaire

EXERCICES

EXERCICE I :
1. Donner la définition d’une molécule
2. Une molécule possède 6 atomes d’hydrogène, 2 atomes de carbone et un atome d’oxygène. Donner sa représentation de Lewis.
3. Comment se forme une liaison covalente ?
Les atomes d’hydrogène, de carbone et d'oxygène ont respectivement 1, 4 et 6 électrons externes.
4. L’atome d’hydrogène H forme une seule liaison covalente. A quelle règle obéit-il ?
5. L’atome de carbone C peut former 4 liaisons covalentes. A quelle règle obéit-il ? Donner les différentes possibilités d’obtenir 4 liaisons covalentes avec l’atome de carbone.
6. Donner la représentation de Lewis de l’eau.
7. Donner la représentation de Lewis de l’éthène (ou éthylène) de formule brute C2H4.

EXERCICE II :
On considère les molécules suivantes : méthane CH₄ ; eau H₂O. ; ammoniac NH₃ ; chlorure d’hydrogène HCl
1. Représenter les formules de Lewis de ces molécules
2. Pour chacun des atomes suivants, indiquer le nombre de liaisons covalentes et le nombre de doublets non liants

Atomes	H	C	N	O	Cl
Nombres de liaisons
Nombre de doublets non liants

3. Le diazote est le gaz majoritairement présent dans l’air, tandis que le dioxygène ne représente que 21 % en volume. Quelles sont les formules brutes et la représentation de Lewis de ces deux molécules ?
4. Quelle est une représentation de Lewis possible pour C₂ H₃ClO ?

EXERCICE III :
1) Déterminer la quantité de matière n d'un échantillon contenant : 4,86x10²¹ atomes de carbone et 8,35x10²⁴ molécules d'eau

2) Déterminer le nombre N d'entités contenues dans les échantillons suivants
. a) 5,00x10^-3 moles de cuivre
. b) 12 moles de dioxyde de carbone

N_A=6,023.10²³ est le nombre d’Avogadro

EXERCICE IV:

On considère un échantillon de 1,6g de soufre.

1. Quelle quantité de matière renferme cet échantillon ?

2. Quel nombre d’atomes contient-il ?

3.Au cours de la combustion d’un morceau de soufre, on a recueilli 100 cm³ de dioxyde de soufre (SO₃), volume mesuré dans les conditions pour lesquelles le volume molaire vaut 25l.

3.1 Quelle quantité de matière referme ce volume gazeux ?

3.2  Quelle est la masse du gaz ?

On donne : H : 1 N : 14 S : 32 O : 16

EXERCICE V:

L’ammoniac est un gaz de formule chimique NH₃

1. Quelle quantité de matière renferme 3,4 g d’ammoniac ?

2. Quel est le volume occupé dans les conditions normales par 3,4 g d’ammoniac ?

3. Quel sera son volume en litre s’il contient 0.5 moles de quantité de matière ?

Volume mesuré dans les conditions où le volume molaire vaut 25 l.

EXERCICE VI :

L’Aspirine ou acide acétylsalicylique à pour formule brute : C₉H₈O₄.

1-   Déterminer sa masse molaire.

2-   Calculer la quantité de matière contenue dans un comprimé d’Aspirine 500 (un comprimé à une masse de 500 mg).

On donne : C :12. H :1. O :16

EXERCICE VII:

La formule d’un composé peut s’écrire : C_xH_yO

L’analyse montre que ce corps contient en masse, 62,1% de carbone et 10,3% d’hydrogène.

1. Déterminer le pourcentage en masse de l’oxygène.

2. En déduire la masse molaire du composé

3. Trouver la formule du composé.

SOLUTIONS

EXERCICE I :
1. Donner la définition d’une molécule
2. Une molécule possède 6 atomes d’hydrogène, 2 atomes de carbone et un atome d’oxygène. Donner sa représentation de Lewis.
3. Comment se forme une liaison covalente ?
Les atomes d’hydrogène, de carbone et d'oxygène ont respectivement 1, 4 et 6 électrons externes.
4. L’atome d’hydrogène H forme une seule liaison covalente. A quelle règle obéit-il ?
5. L’atome de carbone C peut former 4 liaisons covalentes. A quelle règle obéit-il ? Donner les différentes possibilités d’obtenir 4 liaisons covalentes avec l’atome de carbone.
6. Donner la représentation de Lewis de l’eau.
7. Donner la représentation de Lewis de l’éthène (ou éthylène) de formule brute C2H4.

EXERCICE II :
On considère les molécules suivantes : méthane CH₄ ; eau H₂O. ; ammoniac NH₃ ; chlorure d’hydrogène HCl
1. Représenter les formules de Lewis de ces molécules
2. Pour chacun des atomes suivants, indiquer le nombre de liaisons covalentes et le nombre de doublets non liants

Atomes	H	C	N	O	Cl
Nombres de liaisons
Nombre de doublets non liants

3. Le diazote est le gaz majoritairement présent dans l’air, tandis que le dioxygène ne représente que 21 % en volume. Quelles sont les formules brutes et la représentation de Lewis de ces deux molécules ?
4. Quelle est une représentation de Lewis possible pour C₂ H₃ClO ?

EXERCICE III:

1. =

. =

2. a) N=nNA

=5,00×10^-3×6,023×10²³=30,1×10²⁰
. b) N=nNA

=12×6,023×10²³=72,27.10²³.

EXERCICE IV:

1. n=n/m=1,6/32=0,05 mol

2. N=nN_A =0,05x6,02.10²³=0,30.10²³

3.

3.1 n=V/Vm=0,1/25=0,004 mol

3.2 m=n.M=0,004x (32+2x16)=0,256g.

EXERCICE V:

1. n=m/M=3,4/17=0,2mol

2. n=V/Vm=>V=nV_m=0,2x22,4=4,48 l

3. V=nV_m=0,5x25=12,5 l

EXERCICE VI :

1-   M=9x12+8x1+4x16=180 mol.g-1

2-  n=0,5/180=0,0028mol

2

EXERCICE VII:

1. %

2.

3.

C₃H₆O :

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