La Chimie G

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La Chimie Générale en Tronc Commun HEI 3

• H31 Patrick LEGHIÉ (A101b), H32 David
  MARSEAULT (F013)
• But vérifier et consolider les bases de la
  chimie.
• Etude d'une solution aqueuse bilan des espèces
  et des réactions.
• Parmi les réactions possibles, choix des plus
  plausibles.
• Calcul des concentrations des espèces en
  solution.
• Bases fondamentales des techniques de chimie
  analytique.
• Applications (en HEI4)
• Etude des générateurs électrochimiques.
• Etude de la corrosion.
• Groupe commun avec la Science des Matériaux
  (301).
• Volume horaire 34 h
• Cours (8 h) bases théoriques exercices
  simples.
• TD (6 h) exercices plus compliqués. A préparer
  pour s'entraîner.
• TP (20 h) mise en pratique.

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Plan du cours (p 1)
Cours 1 Introduction intervenants, plan du cours, méthode de travail Traitement des résultats et calculs dincertitude (Ch 1) Solutions aqueuses termes de composition, unités (Ch 2) Equation chimique équilibrage, bilan matière, électroneutralité (Ch 2)
Cours 2 Réactions chimiques en solution aqueuse généralités équivalence, équilibre chimique, constante déquilibre (Ch 2) Réactions doxydoréduction (Ch 3)
TD 1 Exercices sur les solutions et réactions doxydoréduction QCM
Cours 3 Equilibres acide/base (Ch 4) Exercices sur les équilibres acide/base
TD 2 Exercices sur les équilibres acides/base QCM
Cours 4 Equilibres de complexation et de précipitation. Problèmes de solubilité (Ch 5) Potentiométrie (Ch 6)
TD 3 Exercices sur précipitation/solubilisation, complexation, potentiométrie QCM
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Déroulement de lenseignement (p 2)

• Avant chaque cours lire la partie
  correspondante du polycopié.
• Refaire les exercices dapplication.
• Certaines erreurs sont corrigées dans lerratum
  (Intranet).
• Après chaque cours faire les exercices à
  préparer pour le TD.
• Emploi du temps 1 semaine entre le dernier
  cours et le TD.
• En cas de difficultés, contacter les enseignants
  (coordonnées page 2).
• Pendant les TD  décodage  des énoncés et
  résolution.
• Travaux Dirigés les étudiants travaillent,
  lenseignant dirige.
• Après chaque TD revoir les exercices.
• Rythme de cours soutenu.
• Ne pas laisser les lacunes saccumuler.

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Evaluation

• QCA 15 minutes en fin de TD (3 épreuves).
• 20 affirmations précises (chaque mot compte)
  noircir une case V ou F.
• Réponse Bonne 1 pt Mauvaise 0,5 pt
  0 ou 2 cases noircies 0 pt
• Aucun document autorisé.
• Utiliser la feuille dénoncé comme brouillon.
• Seules les cases seront lues.
• Aucune calculatrice autorisée.
• Calculs éventuels simples ou approximatifs (ordre
  de grandeur).
• Feuille corrigée rendue lors du cours suivant.
• TP 5 séances de 4 heures sur 6 postes.
• Rapport à rendre en fin de séance ? Préparation
  sérieuse nécessaire.
• Pas de présentation en amphi. Détails (rotation,
  conseils) sur Intranet.
• Epreuve de synthèse 3 h, inspirée d'un sujet
  appliqué.
• Seul document autorisé 1 feuille A4 recto-verso.

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Chapitre 1Présentation et traitement des
résultats

• Savoir écrire et calculer une grandeur numérique
  en utilisant correctement les chiffres
  significatifs.
• Savoir déterminer le nombre de mesures
  nécessaires pour obtenir une valeur, ainsi que
  lincertitude correspondant au résultat.
• Savoir calculer une régression linéaire et
  comprendre les différents paramètres.
• Savoir utiliser Excel pour créer un tableau de
  données, un graphique, et calculer une régression
  linéaire (cf. TP).

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1.1. Chiffres significatifs

• Respecter le nombre de chiffres significatifs
  (NCS).
• Importance des zéros.
• Incertitude de 1 unité sur le dernier chiffre
  donné.
• 1,5000
• Valeur exacte comprise entre 1,4999 et 1,5001.
• NCS 5
• Utiliser la notation scientifique pour éviter
  toute ambiguïté.
• 0,01234
• Valeur exacte comprise entre 0,01233 et 0,01235.
• NCS 4 ? on écrira plutôt 1,234.102
• Calcul NCS du résultat NCS de la valeur la
  moins précise du calcul.
• Attention aux erreurs d'arrondi.
• Utiliser les mémoires de la calculatrice.
• Ne faire l'arrondi qu'en fin de calcul.

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Présentation des résultats et réalisation des
mesures

• Toute valeur expérimentale (TP sauf étalonnage)
  est à présenter sous la forme Valeur réelle
  Valeur moyenne ? Incertitude

• Répétabilité (r) différence maximale admissible
  entre 2 résultats.
• détermination par calcul de lécart-type s sur un
  grand nombre de mesures.
• r 2,77.s
• Etendue différence entre les valeurs extrêmes
  dune série.
• Comment obtenir la valeur moyenne ?
• si r est connue (Documentation, Annexe IV) ou
  évaluée (TP  COV ).

2 essais x1 et x2

• si r inconnue, on réalise 3 essais et on conserve
  la médiane.
• remarque en TP, on sait si r est connue avant
  la séance ? méthode connue.

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Obtention de lincertitude

• r connue ? Théorie p I-11, équation (2)
• s écart-type r/2,77 (Théorie p I-12)
• n nombre d'essais (2 ou 3).

• r inconnue méthode de propagation d'erreurs.
• 1er cycle différentielle logarithmique,
  correct, mais majore les incertitudes.
• Cycle ingénieur méthode quadratique
  (statistique), plus réaliste.
• dépend de l'opération car on travaille avec les
  variances s2 (cours statistiques).

• Incertitude sur le dernier CS pour les valeurs
  données, 0 sur les constantes.
• Utilisation du matériel écart-type lié à
  l'utilisation ltlt tolérance.
• On remplace les ? par des ? (Table 12).
• Remarque en TP, le protocole donne le matériel
  utilisé ? prérédaction.

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Régression linéaire (1/2)

• Etalonnage recherche de la réponse d'un
  appareil à partir de solutions de concentrations
  connues (potentio, Absorption atomique, Spectro
  UV-Visible).
• Tracer la courbe Réponse de lappareil
  f(Concentration étalon).
• Faire une régression linéaire (calculatrice,
  Excel, Mathematica) et vérifier que le
  coefficient de corrélation est ? 0,999.
• Penser à apporter le mode demploi de la
  calculatrice le cas échéant.
• Dans le cas contraire, éliminer jusqu'à 2 points
  (sur 5) et refaire le calcul.
• Si le résultat n'est pas meilleur, ne pas hésiter
  à refaire les solutions plutôt qu' ajuster
  les résultats.
• La valeur de la concentration inconnue devra être
  déduite de l'équation de la droite de régression.

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Régression linéaire (2/2)

• On dose du calcium par absorption atomique.
• Théorie Abs k. Ca2

Ca2 Absorbance(ppm)
(u.a.) 1 0,150 2 0,196 3 0,291 4 0,393 5 0,48
7
y 0,0871 x 0,0421 corr 0,9929
y 0,0975 x 0,0005 corr 0,99989
X 0,203
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Chapitre 2Réactions chimiques en solution
aqueuse.Généralités

• Savoir utiliser la loi des gaz parfaits.
• Savoir que se rapporte toujours à la masse,
  sauf indication supplémentaire.
• Trouver une densité à partir d'un et
  réciproquement.
• Savoir calculer la concentration d'une solution à
  partir de d, , M.
• Savoir préparer une solution de concentration
  connue.
• Savoir équilibrer une équation chimique.

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2.1. Les Solutions / 2.1.1.1. Solutions gazeuses

• Solution mélange homogène d'au moins deux
  constituants.
• Solvant constituant majoritaire.
• Soluté(s) constituant(s) minoritaire(s).
• Types de solutions Gaz
• Miscibles en toutes proportions.
• Loi de Dalton Ptotale Si pi
• Approximation des gaz parfaits

P.V n.R.T

• Seulement pour des gaz
• Interactions entre moléculesnégligeables
• Conditions normales de température et de pression
  
• P 1 atm 760 Torr 101325 Pa 1,013 bar
• T 273,15 K ( 0 C)

n 1 ? V 22,414 L
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2.1.1 Solutions / 2.1.2. Solubilité

• Liquides solvants en général (solutés gaz,
  liquides, solides).
• Souvent solubilité partielle (g ? mousse, l ?
  émulsion, s ? suspension).
• Solides Solutés en général, rarement solvant
  (alliages).
• Quantité maximale de soluté que l'on peut
  dissoudre dans le solvant.
• Nature du solvant et du soluté.
• Solvant polaire dissout les molécules polaires,
  ioniques et ionisables.
• Solvant apolaire dissout les molécules
  apolaires.
• Effet de la température
• Gaz Quand T ?, Solubilité ?.
• Liquides, solides
• DdissolutionH gt 0 ? Quand T ?, solubilité ?.
• DdissolutionH lt 0 ? Quand T ?, solubilité ?.
• Pression Gaz Solubilité ? quand P ?.
• Pas d'effet sur les liquides et solides.

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2.1.3. Termes quantitatifs de composition

• 2.1.3.1. Proportions (nombre adimensionnel)
• 1/102 Masse (g) de soluté pour 100 g de
  solution.
• vol volume (mL) de soluté pour 100 mL de
  solution (Ethanol, carburants).
• ppm (US part per million) 1/106 ? mg.kg1.
• ppb (US part per billion) 1/109 ? µg.kg1.
• Fraction molaire (mol)

• Densité masse volumique de la solution/masse
  volumique de l'eau ( )

Température

• Numériquement égal à la masse volumique de la
  solution, en g/cm3.
• Parfois exprimé en degrés Baumé d 145 / (145
  Bé)
• 2.1.3.2. Concentrations (titre)
• Massique (kg.m3, g.L1) masse de soluté par
  litre de solution.
• Solutions aqueuses 1 ppm ? 1 mg.L1 1 ppb ? 1
  µg.L1
• Molarité (mol.L1 ? M) nombre de moles de
  soluté par litre de solution.
• Normalité (N) nombre "d'équivalents" par litre
  de solution. N n.C
• Molaire massique (mol.kg1) nb de moles par
  kilogramme de solution.

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Calcul de concentrations

• 2.1.3.5. Mélange de deux concentrations.
• Seule la masse totale du système est conservée
  (Loi de Lavoisier).
• La masse ne varie que par dégagement gazeux.
• Les volumes ne sont pas additifs.
• Dépend de l'agencement des molécules entre elles
  (fonction des interactions).
• Sauf pour les solutions diluées (en 1ère
  approximation).
• 2.1.4. Préparation dune solution de
  concentration connue.
• Attention au réactif initial.
• pureté, solvant de cristallisation, contre-ion.
• Pour préparer une solution diluée, préparer
  d'abord une solution concentrée
  ("solution-mère"), puis la diluer pour obtenir la
  solution finale.
• Connaissant les tolérances de fabrication sur la
  verrerie, on peut déterminer les opérations à
  effectuer pour obtenir une dilution optimale
  selon les quantités à préparer et les
  concentrations.

Lam R.B., Isenhour T.L., Anal. Chem.,
52(7)1158-1161 (1980)
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Exercices

• 1. On dissout 150,0 litres dammoniac (mesurés à
  30 C, sous 820 mm Hg) dans 1,00 litre deau.
  Quelle est la molarité de la solution en
  supposant quil ny a pas daugmentation de
  volume ?
• 2. On dissout 10,0 g de soude dans 100,0 g deau.
  Quel est le pourcentage de soude dans cette
  solution ? Quel volume obtient-on ? Quelle est la
  concentration molaire ?