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Sciences

Qu'est-ce qu'une mole en chimie, et comment calculer une quantité de matière ?

Réponse rapide

La mole est l'unité qui sert à compter les entités chimiques : 6,02 × 10²³. Pour calculer une quantité de matière, on divise la masse par la masse molaire : n = m / M.

14–17 ansCollège et lycée

En une phrase

La mole est un paquet fixe de 6,02 × 10²³ entités (atomes, molécules ou ions) qui permet aux chimistes de compter la matière en la pesant.

Explication

Les atomes sont beaucoup trop petits pour être comptés un par un : une seule goutte d'eau contient bien plus de molécules qu'il n'y a de grains de sable sur une grande plage. Les chimistes regroupent donc les entités en paquets, comme on compte les œufs par douzaines. Ce paquet s'appelle la mole (symbole mol) :

1 mol = 6,02 × 10²³ entités (la constante d'Avogadro, N_A = 6,02 × 10²³ mol⁻¹)

Ce nombre est écrit en notation scientifique : 602 000 000 000 000 000 000 000. Depuis 2019, il est fixé exactement à 6,022 140 76 × 10²³, mais 6,02 × 10²³ suffit au lycée. La grandeur qui se mesure en moles s'appelle la quantité de matière, notée n. Pour un nombre N d'entités : n = N / N_A.

  • tasse
  • ballon
  • loupe
Un verre d'eau et un ballon de gaz contiennent une quantité de matière que l'on peut calculer.

Pourquoi un nombre aussi étrange ? Parce qu'il rend le lien avec le tableau périodique très simple. Une mole d'atomes de carbone 12 a une masse de presque exactement 12 g et, de façon générale, la masse d'une mole d'une espèce, en grammes, a la même valeur que sa masse atomique ou moléculaire relative. C'est la masse molaire, notée M, en g/mol.

  • Carbone, C : M = 12 g/mol.
  • Eau, H₂O : M = 2 × 1 + 16 = 18 g/mol.
  • Dioxyde de carbone, CO₂ : M = 12 + 2 × 16 = 44 g/mol.

On obtient la formule la plus importante du chapitre :

quantité de matière = masse / masse molaire, n = m / M

avec m en grammes et M en g/mol. Inversement, m = n × M. Deux autres relations utilisent la même idée :

  • Gaz : une mole de n'importe quel gaz occupe le même volume à température et pression données. C'est le volume molaire Vm : environ 22,4 L/mol à 0 °C et 24,0 L/mol à 20 °C (sous la pression atmosphérique normale). Donc n = V / Vm.
  • Solutions : la concentration en quantité de matière est C = n / V, en mol/L, avec V en litres. Donc n = C × V.

Les moles donnent tout leur sens aux équations de réaction. L'équation 2H₂ + O₂ → 2H₂O signifie que 2 mol de dihydrogène réagissent avec 1 mol de dioxygène pour former 2 mol d'eau. Ces nombres stœchiométriques permettent de prévoir les masses avant de faire une réaction chimique.

Exemples

Espèce Formule Masse molaire Masse Quantité de matière
Eau H₂O 18 g/mol 36 g 2 mol
Dioxyde de carbone CO₂ 44 g/mol 11 g 0,25 mol
Chlorure de sodium NaCl 58,5 g/mol 117 g 2 mol
Carbonate de calcium CaCO₃ 100 g/mol 50 g 0,5 mol
Glucose C₆H₁₂O₆ 180 g/mol 360 g 2 mol

Exemple corrigé : quelle quantité de matière y a-t-il dans 980 g d'acide sulfurique, H₂SO₄ ? (H = 1, S = 32, O = 16.) Masse molaire = 2 × 1 + 32 + 4 × 16 = 98 g/mol. Quantité de matière = 980 / 98 = 10 mol.

Erreurs fréquentes

  • Diviser dans le mauvais sens. n = m / M, la masse en haut. 36 g d'eau font 36 / 18 = 2 mol, pas 18 / 36.
  • Oublier les indices. Dans H₂O, il y a deux atomes d'hydrogène : M = 2 × 1 + 16 = 18, pas 17.
  • Confondre atome et molécule. Le dioxygène est O₂ : sa masse molaire vaut 32 g/mol, pas 16.
  • Mélanger les unités. Des grammes avec des g/mol, des litres avec des mol/L. 250 mL = 0,25 L.

Étape par étape

Étape par étape

  1. Écris la formulePar exemple H₂SO₄, et repère combien d'atomes de chaque sorte elle contient.
  2. Calcule la masse molaireAdditionne les masses molaires atomiques du tableau périodique : 2 × 1 + 32 + 4 × 16 = 98 g/mol.
  3. Choisis la relationMasse : n = m / M. Entités : n = N / N_A. Gaz : n = V / Vm. Solution : n = C × V.
  4. Remplace et calculeGarde les unités dans le calcul pour vérifier qu'elles se simplifient.
  5. Vérifie l'ordre de grandeurQuelques grammes d'une petite molécule, c'est une fraction de mole ; un kilogramme, souvent des dizaines de moles.

Exercices

Calculs de quantité de matière

Fais chaque exercice, puis vérifie ta réponse.

  1. Calcule la masse molaire de l'eau, H₂O. (H = 1, O = 16)
    Voir la réponse
    2 × 1 + 16 = 18 g/mol
  2. Calcule la masse molaire du dioxyde de carbone, CO₂. (C = 12, O = 16)
    Voir la réponse
    12 + 2 × 16 = 44 g/mol
  3. Quelle quantité de matière y a-t-il dans 36 g d'eau ?
    Voir la réponse
    36 / 18 = 2 mol
  4. Quelle quantité de matière y a-t-il dans 88 g de CO₂ ?
    Voir la réponse
    88 / 44 = 2 mol
  5. Calcule la masse de 3 mol de chlorure de sodium, NaCl. (Na = 23, Cl = 35,5)
    Voir la réponse
    M = 58,5 g/mol ; 3 × 58,5 = 175,5 g
  6. Calcule la masse de 0,25 mol de carbonate de calcium, CaCO₃. (Ca = 40, C = 12, O = 16)
    Voir la réponse
    M = 40 + 12 + 48 = 100 g/mol ; 0,25 × 100 = 25 g
  7. Quelle quantité de matière y a-t-il dans 360 g de glucose, C₆H₁₂O₆ ?
    Voir la réponse
    M = 72 + 12 + 96 = 180 g/mol ; 360 / 180 = 2 mol
  8. Quelle quantité de matière y a-t-il dans 980 g d'acide sulfurique, H₂SO₄ ? (S = 32)
    Voir la réponse
    M = 2 + 32 + 64 = 98 g/mol ; 980 / 98 = 10 mol
  9. Quelle quantité de matière y a-t-il dans 3,42 g de saccharose, C₁₂H₂₂O₁₁ ?
    Voir la réponse
    M = 144 + 22 + 176 = 342 g/mol ; 3,42 / 342 = 0,01 mol
  10. Combien de molécules y a-t-il dans 2 mol d'eau ?
    Voir la réponse
    2 × 6,02 × 10²³ = 1,204 × 10²⁴ molécules
  11. Combien d'atomes y a-t-il dans 0,5 mol de fer ?
    Voir la réponse
    0,5 × 6,02 × 10²³ = 3,01 × 10²³ atomes
  12. À quelle quantité de matière correspondent 1,204 × 10²⁴ molécules ?
    Voir la réponse
    1,204 × 10²⁴ / 6,02 × 10²³ = 2 mol
  13. Combien d'atomes d'hydrogène y a-t-il dans 1 mol d'eau ?
    Voir la réponse
    Chaque H₂O contient 2 atomes H : 2 mol d'atomes H = 1,204 × 10²⁴ atomes
  14. Quel volume occupent 2 mol de gaz à 0 °C et 1 atm (Vm = 22,4 L/mol) ?
    Voir la réponse
    2 × 22,4 = 44,8 L
  15. Quel volume occupent 0,5 mol de CO₂ à température ambiante (24 L/mol) ?
    Voir la réponse
    0,5 × 24 = 12 L
  16. On dissout 0,2 mol d'hydroxyde de sodium pour obtenir 0,5 L de solution. Calcule la concentration.
    Voir la réponse
    C = 0,2 / 0,5 = 0,4 mol/L

Problèmes

La mole dans la vie réelle

Fais chaque exercice, puis vérifie ta réponse.

  1. Un verre contient 180 g d'eau. Quelle quantité de matière d'eau est-ce, et combien de molécules ?
    Voir la réponse
    180 / 18 = 10 mol ; 10 × 6,02 × 10²³ = 6,02 × 10²⁴ molécules
  2. Le dihydrogène brûle : 2H₂ + O₂ → 2H₂O. Quelle quantité d'eau se forme avec 4 mol de dihydrogène, et quelle masse ?
    Voir la réponse
    Le rapport H₂ : H₂O est 2 : 2, donc 4 mol d'eau ; 4 × 18 = 72 g
  3. On chauffe du calcaire : CaCO₃ → CaO + CO₂. Quelle masse de CO₂ se dégage à partir de 50 g de CaCO₃ ?
    Voir la réponse
    50 / 100 = 0,5 mol de CaCO₃ → 0,5 mol de CO₂ ; 0,5 × 44 = 22 g
  4. Le méthane brûle : CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O. Quelle masse de dioxygène faut-il pour brûler 8 g de méthane ? (CH₄ = 16 g/mol)
    Voir la réponse
    8 / 16 = 0,5 mol de CH₄, qui demandent 1 mol d'O₂ ; 1 × 32 = 32 g
  5. Tu dois préparer 250 mL d'une solution de sel (NaCl) à 0,1 mol/L. Quelle masse de sel faut-il peser ?
    Voir la réponse
    n = 0,1 × 0,25 = 0,025 mol ; 0,025 × 58,5 = 1,4625 g (environ 1,46 g)
  6. Un ballon contient 12 L d'hélium à température ambiante (24 L/mol). Quelle quantité de matière est-ce, et quelle masse ? (He = 4)
    Voir la réponse
    12 / 24 = 0,5 mol ; 0,5 × 4 = 2 g

Questions fréquentes

C'est quoi la quantité de matière, simplement ?

C'est le nombre d'entités d'un échantillon, compté en paquets de 6,02 × 10²³. On la note n et on l'exprime en moles (mol).

Quelle est la formule de la quantité de matière ?

n = m / M (masse en g, masse molaire en g/mol). On utilise aussi n = N / N_A pour un nombre d'entités, n = V / Vm pour un gaz et n = C × V pour une solution.

Quelle est l'unité de la quantité de matière ?

La mole, de symbole mol. C'est l'une des sept unités de base du Système international. En anglais, on dit mole et amount of substance.

Quelle est la quantité de matière dans 1 L d'eau ?

Un litre d'eau a une masse d'environ 1 000 g. Avec M = 18 g/mol, n = 1 000 / 18 ≈ 55,6 mol.

Quelle est la différence entre une mole et une molécule ?

Une molécule est une seule particule, par exemple H₂O. Une mole est un paquet de 6,02 × 10²³ entités : une mole d'eau contient 6,02 × 10²³ molécules.

Comment calculer la masse molaire d'une molécule ?

On additionne les masses molaires atomiques de tous ses atomes, lues dans le tableau périodique. Pour CO₂ : 12 + 16 + 16 = 44 g/mol.

Mini-quiz

La mole et la quantité de matière

Vérifie ce que tu sais avec 5 questions rapides.

Question 1 sur 5

Combien d'entités y a-t-il dans une mole d'une espèce chimique ?

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