La mesure d’une grandeur physique (pression, conductivité…) liée à la concentration ou à la quantité de matière d’un réactif ou d’un produit permet d’analyser un système chimique.
I) Mesure de la pression
Si la transformation chimique fait intervenir un gaz, on mesure la pression, proportionnelle au nombre de moles de gaz, à température T et volume V fixés.
Loi des gaz parfaits : .
avec P pression du gaz (Pa), V volume occupé par ce gaz (m3), n quantité de matière du gaz (mol), R = 8,31 J ⋅ K−1 ⋅ mol−1 constante des gaz parfaits et T température en kelvins (K) (T(K) = θ(°C) + 273,15).
Les gaz réels se comportent comme des gaz parfaits à faible pression.
À noter
Le volume molaire d’un gaz ou loi d’Avogadro Ampère et la loi de Mariotte PV = cste à T et n constants ont été abordés en 1re.
II) Conductimétrie
La conductimétrie est l’étude des solutions ioniques conductrices du courant électrique. On mesure la conductance d’une solution contenant des ions entre deux électrodes planes et parallèles. Le conductimètre affiche directement la conductivité σ :
D’après la loi de Kohlrausch, la conductivité d’une solution diluée d’une espèce ionique dissoute est proportionnelle à sa concentration :
Un dosage par étalonnage consiste à déterminer la concentration d’une espèce chimique en comparant une grandeur physique, la conductivité σ caractéristique de la solution, à la même grandeur physique mesurée pour des solutions étalons contenant l’espèce à doser.
Méthode
Déterminer une quantité de matière à partir d’une mesure de pression
On fait réagir un ruban de magnésium avec une solution d’acide chlorhydrique dans un flacon de 130 mL hermétiquement fermé, suivant la réaction :
Mg(s) + 2 H3O+(aq) → Mg2+(aq) + H2(g) + 2 H2O(ℓ).
T(K) = θ(°C) + 273,15.
a. À quoi correspond la pression initiale dans le flacon ?
b. En utilisant l’équation des gaz parfaits, démontrer que Pf = P0 + .
c. Déterminer la quantité de matière de dihydrogène formée.
Conseils
b. Veillez aux unités lors de l’application numérique de l’équation des gaz parfaits. Pour le volume, on a : 1 mL = 10−3 L ; 1 L = 1 dm3 = 10−3 m3 ; pour la pression : 1 hPa = 102 Pa.
Solution
a. P0 est la pression de l’air dans le flacon au-dessus de la solution.
b. D’après la loi des gaz parfaits .
c. On exprime le nombre de moles de dihydrogène. La pression doit être en pascals, la température en kelvins, le volume en m3. Le volume occupé par le gaz est V = Vflacon − Vsolution = 130 − 40 = 90 mL = 90 × 10−6 m3.
La quantité de dihydrogène formée est 2,8 × 10−3 mol soit 2,8 mmol.