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Vidéo de la leçon: Volume molaire des gaz Chimie

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à utiliser le volume molaire d’un gaz, dans les conditions normales, pour calculer le volume et le nombre de moles d’un gaz.

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Transcription de la vidéo

Dans cette vidéo, nous allons apprendre à utiliser le volume molaire d’un gaz, dans les conditions normales, pour calculer le volume et le nombre de moles d’un gaz. En 1811, le scientifique italien Amedeo Avogadro a émis l’hypothèse que des volumes égaux de gaz à la même température et pression contiennent le même nombre de particules de gaz. Cette hypothèse est la base de ce qu’on appelle la loi d’Avogadro. Cette loi stipule qu’à température et pression constantes, le volume et le nombre de moles d’un gaz sont directement proportionnels. Cela signifie que lorsque le nombre de moles d’un gaz augmente, le volume occupé par le gaz augmente également au même rythme. De même, si le nombre de moles d’un gaz diminue, le volume occupé par le gaz diminuera au même rythme.

On peut voir la loi d’Avogadro en action lorsqu’on gonfle un ballon. Quand on enfonce le piston de la pompe à air, on ajoute plus d’air ou plus de moles de gaz au ballon, et le volume du ballon augmente. La loi d’Avogadro peut être exprimée par l’expression « Le volume est directement proportionnel au nombre de moles ». Si on trace le nombre de moles d’un gaz en fonction de son volume, les points expérimentaux correspondront exactement à une droite passant par l’origine. Il est important de reconnaître que la loi d’Avogadro n’est vraie que lorsque le gaz est maintenu à température et pression constantes. Si l’une de ces variables est modifiée lors de l’expérience, le volume et le nombre de moles de gaz ne seront plus directement proportionnels.

Intéressons-nous un peu plus à la notion de proportionnalité pour mieux comprendre la loi d’Avogadro. Voici un graphique représentant la proportionnalité de manière générale. 𝑦 est directement proportionnel à 𝑥. L’équation de la courbe de tendance obtenue a la formule générale d’une équation linéaire : « 𝑦 égal à 𝑘 fois 𝑥 » ou « 𝑦 est égal à 𝑥 fois 𝑘 », où 𝑦 et 𝑥 sont les variables proportionnelles et 𝑘 est une constante de proportionnalité, une valeur utilisée pour relier 𝑥 et 𝑦. Voici ce que nous savons jusqu’à présent de la loi d’Avogadro : le volume est directement proportionnel au nombre de moles de gaz, et voici le graphique correspondant.

En comparant cette relation de proportionnalité avec la loi d’Avogadro, on peut supposer que la courbe de tendance du nombre de moles de gaz en fonction du volume a pour équation « volume égal nombre de moles fois une constante de proportionnalité ». La constante de proportionnalité utilisée pour relier le volume et le nombre de moles d’un gaz porte le symbole 𝑉 indice m, c’est le volume molaire du gaz. Le volume molaire d’un gaz est une constante de proportionnalité qui relie le volume et le nombre de moles d’un gaz. Il indique le volume occupé par une mole de gaz à une température et pression données et il a généralement pour unité le litre par mole.

Sur une représentation graphique du nombre de moles d’un gaz en fonction de son volume, la pente de la droite est égale au volume molaire du gaz. Le volume occupé par un gaz dépend de la température et de la pression. Par conséquent, la valeur du volume molaire de gaz changera si la température et/ou la pression sont modifiées. Comme la modification de la température et/ou de la pression affecte à la fois le volume et le volume molaire du gaz, il est utile de définir une température et une pression normales utilisées comme conditions de référence. La température normale est de zéro degré Celsius et la pression normale est d’une atmosphère. Nous nous référons souvent à la température et à la pression normales en utilisant l’abréviation CNTP.

Considérons une mole d’oxygène gazeux dans les CNTP. Une mole d’oxygène gazeux contient 6,022 fois 10 molécules puissance 23 d’oxygène gazeux et elle a une masse de 32 grammes. À température et pression normales, une mole d’oxygène gazeux aura un volume de 22,4 litres. Maintenant, considérons une mole de méthane. Une mole de méthane contient 6,022 fois 10 puissance 23 molécules de méthane et elle a une masse de 16 grammes. Comme une mole d’oxygène gazeux dans les CNTP, une mole de méthane gazeux dans les CNTP a également un volume de 22,4 litres. Il s’avère qu’une mole de tout gaz à température et pression normales occupera un volume de 22,4 litres.

En utilisant l’équation « volume égal nombre de moles fois volume molaire du gaz », nous pouvons déterminer que le volume molaire de tout gaz à température et pression normales est de 22,4 litres par mole. Lorsque cette valeur de volume molaire de gaz est indiquée dans l’équation, on obtient une équation qui peut être utilisée pour déterminer le volume ou le nombre de moles d’un gaz à température et pression normales. Rappelons-nous bien, il est important de reconnaître que le volume molaire de 22,4 litres par mole et l’équation qui en découle ne sont valables que lorsque la température est de zéro degré Celsius et la pression d’une atmosphère. Maintenant que nous avons découvert la loi d’Avogadro, le volume molaire d’un gaz et les conditions normales, passons à quelques questions.

Dans les conditions normales de température et de pression, CNTP, laquelle des quantités suivantes de gaz occupera-t-elle le plus grand volume ? (A) Une mole de C2H4, (B) cinq moles de H2, (C) 0,5 moles de N2, (D) deux moles de Cl2, (E) trois moles de O2.

La loi d’Avogadro stipule qu’à température et pression constantes, le volume et le nombre de moles d’un gaz sont directement proportionnels. Cela signifie que si le nombre de moles d’un gaz augmente, son volume augmentera également au même rythme. Par exemple, une mole de gaz occupera un certain volume. Deux moles de gaz occuperont deux fois ce volume. Le nombre de moles a doublé et le volume a doublé. L’espace occupé par un gaz dépend de la température et de la pression. Tous les gaz de cette question sont dans les conditions normales de température et de pression, CNTP. La température et la pression normales sont respectivement de zéro degré Celsius et d’une atmosphère.

Dans les CNTP, une mole de tout gaz occupera un volume de 22,4 litres. Si on double le nombre de moles de gaz, son volume double également. Ainsi, deux moles de tout gaz dans les CNTP auront un volume de 44,8 litres, et trois moles de tout gaz dans les CNTP auront un volume de 67,2 litres. La question nous demande de déterminer quelle quantité de gaz occupera le plus grand volume. Comme une augmentation du nombre de moles fait augmenter le volume de la même façon, nous devons choisir la réponse qui propose le plus grand nombre de moles de gaz. Cela signifie que la bonne réponse est la réponse (B). Cinq moles d’hydrogène gazeux occuperont le plus grand volume à température et pression normales.

Dans les conditions normales de température et de pression, CNTP, un gaz occupe un volume de deux litres. Combien y a-t-il de moles de molécules de gaz ? Donnez votre réponse à deux décimales près.

La loi d’Avogadro énonce qu’à température et pression constantes, le volume et le nombre de moles d’un gaz sont directement proportionnels. Cette proportion peut être exprimée par l’équation « 𝑉 égal 𝑛 𝑉 indice 𝑚 », où 𝑉 est le volume en litres, 𝑛 le nombre de moles et 𝑉 indice 𝑚 le volume molaire du gaz, une constante de proportionnalité qui indique le volume occupé par une mole de gaz à une température et une pression données. Le volume molaire d’un gaz a pour unité le litre par mole. Dans cette question, le gaz se trouve dans les conditions normales de température et de pression, CNTP. La température et la pression normales sont de zéro degré Celsius et d’une atmosphère. Dans les CNTP, une mole de tout gaz occupera un volume de 22,4 litres et aura un volume molaire de gaz de 22,4 litres par mole.

En regardant la question, on voit que le gaz occupe un volume de deux litres, et on veut déterminer le nombre de moles de molécules de gaz. On sait également que comme le gaz est dans les CNTP, le volume molaire du gaz est de 22,4 litres par mole. On peut alors substituer le volume et le volume molaire du gaz dans l’équation et la réorganiser pour trouver le nombre de moles. Nous effectuons le calcul et déterminons que le nombre de moles est égal à 0,08928 mole. Mais la question nous demande de donner la réponse à deux décimales près. En arrondissant de manière appropriée, nous déterminons qu’il y a 0,09 mole de molécules de gaz dans deux litres de gaz à température et pression normales.

Quel volume occuperait 8,5 grammes de gaz NH3 à température et pression normales, donc dans les CNTP, en prenant le volume molaire d’un gaz de 22,4 litres par mole ? Exprimez votre réponse en litres. N a une masse molaire de 14 grammes par mole. H a une masse molaire de un gramme par mole.

Le volume molaire d’un gaz est une constante de proportionnalité qui relie le volume et le nombre de moles d’un gaz par l’équation « 𝑉 égal 𝑛 𝑉 indice 𝑚, où 𝑉 est le volume en litres, 𝑛 le nombre de moles et 𝑉 indice 𝑚 le volume molaire du gaz. Le volume molaire d’un gaz indique le volume occupé par une mole de gaz à une température et une pression données. Dans cette question, le gaz NH3 est dans les conditions normales de température et de pression, CNTP. La température et la pression normales sont respectivement de zéro degré Celsius et d’une atmosphère. On nous dit que le volume molaire d’un gaz dans les CNTP est de 22,4 litres par mole. Cela signifie qu’une mole de gaz à température et pression normales occupera un volume de 22,4 litres.

La question nous demandait de déterminer un volume de gaz pour une masse et un volume molaire de gaz donnés. Comme le problème n’a pas fourni le nombre de moles de gaz, nous devrons convertir la masse de NH3 en moles de NH3. Cela peut être accompli en utilisant l’équation « petit 𝑛 égal petit 𝑚 divisé par grand M », où petit 𝑛 est le nombre de moles, petit 𝑚 est la masse en grammes et grand M est la masse molaire en grammes par mole. La masse a été donnée dans la question, mais nous devons déterminer la masse molaire de l’ammoniac, NH3.

La masse molaire de l’ammoniac peut être calculée en additionnant les masses molaires moyennes des atomes constitutifs, données dans la question. Nous devons multiplier la masse molaire moyenne de l’hydrogène par trois puisqu’il y a trois atomes d’hydrogène dans chaque molécule d’ammoniac. Nous effectuons le calcul et déterminons que la masse molaire de l’ammoniac est de 17 grammes par mole. Nous pouvons alors placer dans l’équation la masse donnée dans la question et la masse molaire que nous avons calculée, pour trouver que le nombre de moles d’ammoniac est de 0,5 mole.

Maintenant que nous avons le nombre de moles et le volume molaire du gaz, nous sommes prêts à déterminer le volume. Nous plaçons dans l’équation la valeur obtenue pour le nombre de moles ainsi que le volume molaire du gaz donné dans la question. Nous effectuons le calcul et déterminons que le volume est de 11,2 litres.

Maintenant, résumons ce que nous avons appris avec les points clés. La loi d’Avogadro stipule qu’à température et pression constantes, le volume est directement proportionnel au nombre de moles. Cela peut être exprimé par l’équation « 𝑉 égal 𝑛 fois 𝑉 indice 𝑚 », où 𝑉 est le volume, 𝑛 le nombre de moles et 𝑉 indice 𝑚 le volume molaire du gaz. Le volume molaire d’un gaz est une constante de proportionnalité qui indique le volume occupé par une mole de gaz à température et pression données. Il est souvent utile d’utiliser les conditions normales lors de l’analyse des gaz. Les conditions normales de température et de pression, abrégées CNTP, sont de zéro degré Celsius et d’une atmosphère. Tous les gaz à la température et à la pression normales auront un volume molaire de 22,4 litres par mole.

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