Formulaire Chimie Tle - Maxicours

Formulaire Chimie Tle

Objectifs
  • Savoir appliquer des formules données.
  • Connaitre l’unité des principales grandeurs dans le système international.
1.  Déterminer la composition d'un système

Une espèce chimique, qu’elle soit liquide, solide ou gazeuse, peut être caractérisée par différentes grandeurs caractéristiques.

a. Les grandeurs caractéristique
Volume et masse volumique

avec :
  • ρ (rhô) la masse volumique d’un corps, en kilogramme par mètre-cube (kg·m3
  • m la masse de ce corps, en kilogramme (kg) 
  • V le volume occupé par ce corps, en mètre-cube (m3)
Remarque
La masse volumique peut aussi s’exprimer en g·L1, g·mL1, kg·cm3, etc.
Pour passer d’une unité à l’autre, on utilise la conversion 1 m3 = 103 L.
Densité
avec :
  • d la densité, sans unité
  • ρespèce chimique la masse volumique de l’espèce chimique, en kilogramme par mètre cube (kg·m3)
  • ρeau la masse volumique de l’eau, en kilogramme par mètre cube (kg·m3)
Rappel
ρeau = 1 kg·L1 = 10–3 kg·m3 = 103 g·L1.
Quantité de matière

Pour une espèce solide ou liquide.

avec :
  • n la quantité de matière, en mole (mol) 
  • m la masse, en gramme (g)
  • M la masse molaire, en gramme par mole (g·mol1)
Équation d’état des gaz parfaits

Pour une espèce gazeuse.

P × V = n × R × T avec :
  • P la pression du gaz, en pascal (Pa)
  • V le volume de gaz, en mètre cube (m3)
  • n la quantité de matière de l’espèce qui compose le gaz, en mole (mol)
  • R la constante du gaz parfait : R = 8,31 J·K1·mol1
  • T la température absolue du gaz, en kelvin (K)
Remarques
  • La pression peut être exprimée en bar. Pour la convertir en pascal, il faut utiliser la relation 1 bar = 105 Pa.
  • La température peut être exprimée en degré Celsius (°C). Pour la convertir en Kelvin, il faut utiliser la relation 0 °C = 273 K.
Nombre d’entités

avec :
  • N le nombre d’entités qui constituent l’espèce chimique (atomes, molécules ou ions), sans unité
  • n la quantité de matière, en mole (mol)
  • NA le nombre d’Avogadro, NA = 6,02 × 1023 mol1
Concentration en quantité de matière

avec :
  • C la concentration en quantité de matière de soluté, en mole par litre (mol·L1)
  • n la quantité de matière de soluté, en mole (mol)
  • V le volume de la solution, en litre (L)
Remarque
Pour un ion X solvaté en solution, sa concentration s’exprime par .
Concentration en masse (si l’espèce est liquide)

avec :
  • Cm la concentration en masse de soluté, en gramme par litre (g·L1)
  • m la masse de soluté, en gramme (g)
  • V le volume de la solution, en litre (L)
Volume molaire (si l’espèce est gazeuse)

avec :
  • Vm le volume molaire, en litre par mole (L·mol1)
  • V le volume, en litre (L)
  • n la quantité de matière, en mole (mol)
b. Préparer une solution
Dilution

avec :
  • Vf le volume de la solution fille, en litre (L)
  • V0 le volume de la solution mère à prélever pour préparer la solution fille, en litre (L)
  • C la concentration en quantité de matière de la solution mère, en mole par litre (mol·L1
  • Cf la concentration en quantité de matière de la solution mère, en mole par litre (mol·L1)
Titre massique
avec :
  • msoluté la masse du soluté, en gramme (g)
  • msolution la masse de la solution, en gramme (g)
  • t le titre massique, sans unité
Remarques
  • Le titre massique est toujours compris entre 0 et 1.
  • En multipliant le titre massique par 100, on obtient le pourcentage massique, qui est souvent donné dans les énoncés.
Dosage

avec :
  • VA le volume de la solution A titrée, en litre (L)
  • VB (éq) le volume de la solution B titrante versé à l'équivalence, en litre (L)
  • CA la concentration en quantité de matière de la solution A, en mole par litre (mol·L1
  • CB la concentration en quantité de matière de la solution B, en mole par litre (mol·L1)
c. Analyser un système
Suivi pH-métrique
avec :
  • le pH, un nombre sans unité
  • le symbole « log », qui représente le logarithme décimal (facilement accessible avec la touche « log » de la calculatrice)
  • [H3O+] la concentration en quantité de matière d'ions oxonium, en mole par litre (mol·L1)
  • C0 = 1 mol·L1, la concentration en quantité de matière standard
Suivi conductimétrique
Loi de Kohlrausch
σ = k × C avec :
  • σ la conductivité de la solution, en siemens par mètre (S·m1)
  • k le coefficient de proportionnalité, en siemens mètre carré par mole
    (S·m2·mol1)
  • C la concentration en quantité de matière de la solution, en mole par mètre cube (mol·m3)
Spectrophotométrie
Loi de Beer-Lambert

A = k × C

avec :
  • A l’absorbance de la solution, sans unité
  • C la concentration en quantité de matière de la solution, en mole par litre (mol·L1
  • k une constante, en litre par mole (L·mol1)
Rendement

Une réaction chimique est caractérisée par son rendement.

avec :
  • η (êta) le rendement, sans unité 
  • mexpérimentale la masse du produit après l’expérience, en gramme (g) 
  • mthéorique la masse du produit attendue, déduite par les calculs, en gramme (g)
2. Modéliser l'évolution temporelle d'un système
a. Évolution temporelle d'un système, siège d'une transformation chimique
Vitesse volumique d’une réaction
avec :
  • vRéactif la vitesse volumique de disparition du réactif, en mole par litre par seconde (mol·L1·s1)
  • [R] la concentration en quantité de matière du réactif, en mole par litre (mol·L1)
  • t en seconde (s)
Vitesse volumique d’un produit
avec :
  • vProduit la vitesse volumique d’apparition du produit, en mole par litre par seconde (mol·L1·s1)
  • [P] la concentration en quantité de matière du produit, en mole par litre (mol·L1)
  • t en seconde (s)
Loi de vitesse d’ordre 1 pour un réactif
vRéactif kR × [R] avec :
  • vRéactif la vitesse volumique de disparition du réactif, en mole par litre par seconde (mol·L1·s1)
  • [R] la concentration en quantité de matière du réactif, en mole par litre (mol·L1)
  • kR la constante de vitesse de la réaction, en s1
Loi de vitesse d’ordre 1 pour un produit
vProduit kP × [P] avec :
  • vProduit la vitesse volumique d'apparition du produit, en mole par litre par seconde (mol·L1·s1)
  • [P] la concentration en quantité de matière du produit, en mole par litre (mol·L1)
  • kP la constante de vitesse de la réaction, en s1
b. Évolution temporelle d'un système, siège d'une transformation nucléaire
Loi de Soddy

Au cours d’une réaction nucléaire, deux lois de conservation (appelées loi de Soddy) doivent être respectées.

  • La conservation du nombre de charges électriques (Z) :
    Z1+ Z2= Z3+ Z4
  • La conservation du nombre de masse (A) :
    A1+ A2= A3+ A4
Types de radioactivité
Type de radioactivité Particule émise Symbole de la particule Équation de désintégration radioactive
Béta moins
(β)
Électron
Béta plus
(β+)
Positon
Alpha
(α)
Noyau d’hélium 4

Évolution temporelle d’une population de noyaux radioactifs
N(t) = –λ × N(t) × ∆t
avec :
  • N(t) la variation du nombre de noyaux radioactifs à un instant t : N(t) = N(t) – N0
  • λ la constante radioactive, en s1
  • N(t) le nombre de noyaux encore présents à un instant t
  • t la durée, en seconde (s)
3. Prévoir l'état final d'un système, siège d'une transformation chimique
a. Prévoir le sens de l'évolution spontanée d'un système chimique
Quotient de réaction

Soit une réaction d’équation aA + bB = cC + dD

avec :
  • a, b, c et d les coefficients stoechiométriques respectifs des espèces A, B, C et D.
  • Qr le quotient de réaction, sans unité
  • [X] la concentration en quantité de matière de l’espèce X, en mole par litre (mol·L1)
Remarque
À l’équilibre, le quotient de la réaction Qr équivaut à la constante d’équilibre Ke : 
Taux d’avancement
avec :
  • τ le taux d’avancement final, sans unité
  • xmax l’avancement maximal en mole (mol)
  • xf l’avancement final, en mole (mol)
Remarques
  • Les deux avancements xf et xmax doivent être exprimés dans la même unité.
  • Si 1 > τ > 0, la réaction est non totale et si τ 1, la réaction est totale.
b. Comparer la force des acides et des bases
Constante d’acidité
avec :
  • KA la constante d’acidité, sans unité
  • la concentration en quantité de matière de l’espèce X à l’équilibre, en mole par litre (mol·L1)
Constante d’équilibre
avec :
  • Ke la constante d’acidité associée au couple H2O / HO, sans unité (aussi appelée produit ionique de l’eau)
  • [HO] la concentration en quantité de matière de l’ion hydroxyde à l'équilibre, en mole par litre (mol·L1)
  • [H3O+] la concentration en quantité de matière de l’ion oxonium à l'équilibre, en mole par litre (mol·L1)
pKA
avec :
  • pH, sans unité
  • pKA, sans unité
  • log la fonction logarithme décimale
  • la concentration en quantité de matière de l’espèce X à l’équilibre, en mole par litre (mol·L1)
c. Forcer le sens d'évolution d'un système

La pile, tout comme l’électrolyseur, constitue un circuit électrique dans lequel circule un courant I.

L’intensité électrique dans un circuit 
(en fonction de la capacité électrique)
avec :
  • I l'intensité du courant, en ampère (A)
  • Q la valeur absolue de la charge (capacité électrique), en coulomb (C)
  • Δt la durée, en seconde (s)
Relation entre l’intensité traversant le circuit
et la quantité de matière des électrons

 

avec :
  • I l'intensité du courant, en ampère (A)
  • F la constante de Faraday, F = 9,6 × 104 C·mol1
  • n(e) la quantité de matière d’électrons qui circulent dans le circuit, en mole (mol)
  • Δt la durée, en seconde (s)
Quantité d’électrons qui circule dans le circuit
Q = N × e
Q = n(e× F
avec :
  • Q la capacité électrique (valeur absolue de la charge), en coulomb (C)
  • e la charge élémentaire : 
    = 1,6 × 1019 C
  • N le nombre d’électrons, sans unité
  • F la constante de Faraday, F = 9,6 × 104 C·mol1
  • n(e) la quantité de matière d’électrons qui circulent dans le circuit, en mole (mol)

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