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Quantité de matière : exercices de sciences physiques en première – PDF gratuit à télécharger et imprimer

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Quantité de matière : exercices de sciences physiques en première – PDF gratuit à télécharger et imprimer

Voici 20 exercices pour s’entraîner sur la quantité de matière : de la simple application de formule aux problèmes de synthèse. Données utiles : NA = 6,02 × 1023 mol−1 ; Vm = 24 L·mol−1 ; masses molaires atomiques en g·mol−1 : H 1,0 ; C 12,0 ; N 14,0 ; O 16,0 ; Na 23,0 ; Mg 24,3 ; S 32,1 ; Cl 35,5 ; K 39,1 ; Ca 40,1 ; Cu 63,5.

Cette fiche d’exercices est à télécharger en PDF et à imprimer gratuitement : le bouton se trouve en bas de la page, sans inscription.

Les exercices sur la quantité de matière

Exercice 1 : Vrai ou faux ?

Dire si chaque affirmation est vraie ou fausse, en justifiant.

  1. Une mole de molécules d’eau contient autant d’entités qu’une mole d’atomes de fer.
  2. La masse molaire s’exprime en g·mol−1.
  3. Le volume molaire d’un gaz dépend de la nature du gaz.
  4. Lors d’une dilution, la quantité de matière de soluté diminue.
  5. Pour calculer C = n ÷ V en mol·L−1, le volume doit être exprimé en litres.
Exercice 2 : Compter les entités
  1. Calculer le nombre de molécules d’eau dans un échantillon de quantité de matière n = 0,300 mol.
  2. Un échantillon de fer contient N = 3,01 × 1022 atomes. Calculer sa quantité de matière.
Exercice 3 : Calculs de masses molaires

Calculer la masse molaire moléculaire de : (a) l’acide sulfurique H2SO4 ; (b) l’éthanol C2H6O ; (c) le carbonate de calcium CaCO3 ; (d) le sulfate d’aluminium Al2(SO4)3 (M(Al) = 27,0 g·mol−1).

Exercice 4 : De la masse à la quantité de matière

Calculer la quantité de matière contenue dans : (a) 36,0 g d’eau ; (b) 5,85 g de chlorure de sodium ; (c) 2,50 g de glucose C6H12O6.

Exercice 5 : De la quantité de matière à la masse

Calculer la masse à peser pour disposer de : (a) 0,200 mol de saccharose C12H22O11 ; (b) 0,0500 mol de sulfate de cuivre CuSO4.

Exercice 6 : Un comprimé de paracétamol

Un comprimé contient 500 mg de paracétamol, de formule C8H9NO2.

  1. Calculer la masse molaire du paracétamol.
  2. En déduire la quantité de matière contenue dans un comprimé.
  3. Calculer le nombre de molécules correspondant.
Exercice 7 : Volume et quantité de gaz

Les gaz sont à 20 °C sous 1 bar (Vm = 24 L·mol−1).

  1. Quel volume occupent 0,50 mol de dioxygène ?
  2. Quelle quantité de matière de dioxyde de carbone CO2 y a-t-il dans 6,0 L de ce gaz ?
  3. Calculer la masse de ces 6,0 L de CO2.
Exercice 8 : Un gaz monte-t-il ?

La masse volumique d’un gaz est ρ = m ÷ V. L’air a une masse volumique voisine de 1,2 g·L−1 à 20 °C.

  1. Montrer que, pour un gaz, ρ = M ÷ Vm.
  2. Calculer la masse volumique du méthane CH4.
  3. Un ballon rempli de méthane monte-t-il dans l’air ? Justifier.
Exercice 9 : Dissoudre du sel

On dissout 1,17 g de chlorure de sodium dans une fiole jaugée de 250,0 mL, puis on complète jusqu’au trait de jauge.

  1. Calculer la quantité de matière de soluté.
  2. Calculer la concentration en quantité de matière C.
  3. Calculer la concentration en masse t, puis vérifier la relation t = C × M.
Exercice 10 : Préparer une solution sucrée

Quelle masse de glucose faut-il peser pour préparer 500,0 mL de solution de concentration C = 0,100 mol·L−1 ? Décrire en trois phrases le mode opératoire.

Exercice 11 : Étiquette d’une eau minérale
Eau minérale naturelleComposition (mg·L⁻¹)Calcium Ca²⁺80Magnésium Mg²⁺26Sodium Na⁺6,5Hydrogénocarbonate HCO₃⁻360
Extrait de l’étiquette d’une eau minérale.
  1. Calculer la concentration en quantité de matière des ions calcium Ca2+, en mol·L−1.
  2. Même question pour les ions hydrogénocarbonate HCO3−.
  3. Quelle quantité d’ions calcium boit-on avec une bouteille de 1,5 L ?
Exercice 12 : Diluer une solution
Solution mèreC = 1,00 mol·L⁻¹pipette jaugée 10,0 mLjaugefiole jaugée 100,0 mL
Prélèvement à la pipette jaugée, puis dilution dans une fiole jaugée.

On veut préparer 100,0 mL de solution fille à Cf = 0,100 mol·L−1 à partir de la solution mère de concentration Cm = 1,00 mol·L−1.

  1. Calculer le facteur de dilution.
  2. Quel volume de solution mère faut-il prélever ?
  3. Vérifier que la pipette jaugée du schéma convient, puis décrire la suite du protocole.
Exercice 13 : Une dilution au vingt-cinquième

On dispose d’une solution mère de concentration Cm = 5,0 × 10−2 mol·L−1. On veut préparer 50,0 mL d’une solution fille de concentration 2,0 × 10−3 mol·L−1.

  1. Calculer le facteur de dilution F.
  2. En déduire le volume de solution mère à prélever.
  3. Quelle verrerie choisir pour le prélèvement : pipette jaugée de 2,0 mL ou éprouvette graduée de 100 mL ? Justifier.
Exercice 14 : Retrouver la solution mère

On prélève 20,0 mL d’une solution de permanganate de potassium, que l’on place dans une fiole jaugée de 200,0 mL, puis on complète avec de l’eau distillée. La solution obtenue a pour concentration 1,5 × 10−2 mol·L−1.

  1. Calculer le facteur de dilution.
  2. Calculer la concentration de la solution initiale.
  3. Calculer la masse de permanganate de potassium KMnO4 dissoute dans 1,0 L de la solution initiale (M(Mn) = 54,9 g·mol−1).
Exercice 15 : Identifier un solide par sa masse molaire
00,51,01,52,0n (mol)04080m (g)117 g
Masses mesurées pour différentes quantités de matière d’un solide X. Le dernier point correspond à n = 2,0 mol et m = 117 g.
  1. Le graphique est-il en accord avec la relation n = m ÷ M ? Justifier.
  2. Déterminer la masse molaire de X à partir du dernier point.
  3. X est-il NaCl, KCl ou Na2CO3 ? (Calculer les trois masses molaires.)
Exercice 16 : Dosage par étalonnage
00,51,01,52,0C (mmol·L⁻¹)00,250,50A
Absorbance A de solutions étalons, mesurée à une longueur d’onde fixée.

Les points du graphique sont : (0,5 ; 0,11), (1,0 ; 0,22), (1,5 ; 0,33), (2,0 ; 0,44). Une solution inconnue, diluée 10 fois avant la mesure, a une absorbance A = 0,30.

  1. Montrer que A est proportionnelle à C et calculer le coefficient de proportionnalité.
  2. Déterminer la concentration de la solution diluée.
  3. En déduire la concentration de la solution initiale.
Exercice 17 : Une bouteille de butane

Une bouteille contient 13 kg de butane C4H10.

  1. Calculer la quantité de matière de butane (M(C4H10) à calculer).
  2. Quel volume occuperait ce butane s’il était entièrement gazeux à 20 °C sous 1 bar (Vm = 24 L·mol−1) ? Donner le résultat en m3.
Exercice 18 : L’air d’une seringue
01020304050 mLair : V = 48 mL
Une seringue contient de l’air à 20 °C sous 1 bar.

L’air contient environ 20 % de dioxygène en quantité de matière (Vm = 24 L·mol−1).

  1. Calculer la quantité de matière d’air contenue dans la seringue.
  2. En déduire la quantité de matière de dioxygène.
  3. Calculer la masse de dioxygène, en mg.
Exercice 19 : Le sérum physiologique

Une ampoule de sérum physiologique de 5,0 mL est étiquetée « chlorure de sodium, 9,0 g·L−1 ».

  1. Calculer la concentration en quantité de matière en NaCl.
  2. Calculer la masse de NaCl contenue dans l’ampoule, en mg.
  3. Calculer la quantité d’ions sodium Na+ présents, puis leur nombre.
  4. On dilue 10,0 mL de ce sérum dans une fiole jaugée de 100,0 mL. Quelle est la concentration obtenue ?
Exercice 20 : Problème ouvert — une solution très diluée

On dispose de cristaux de sulfate de cuivre pentahydraté CuSO4,5H2O (M = 249,6 g·mol−1), d’une balance précise à 0,01 g, d’une fiole jaugée de 100,0 mL, d’une pipette jaugée de 10,0 mL et d’eau distillée. On veut obtenir 100,0 mL de solution de concentration 1,00 × 10−2 mol·L−1.

Proposer et justifier un protocole en deux étapes qui limite l’erreur due à la balance, en comparant l’incertitude relative d’une pesée directe et celle de votre protocole.

Voir le corrigé : Masse molaire, volume molaire, concentration, exercices de sciences physiques première