Chimie : atome, solutions et pH
L'épreuve de chimie porte sur la structure de la matière, la stoechiométrie et les solutions, avec une forte proportion de calculs. Les exercices sont courts, à une ou deux étapes : la difficulté vient des conversions d'unités et du réactif limitant, rarement de la théorie.
Atome, configuration et liaisons
- Configuration électronique : couches K (2 e⁻), L (8), M (18), remplies selon l'ordre énergétique ; la couche externe fixe la valence.
- Règle de l'octet : les atomes perdent, gagnent ou partagent des électrons pour atteindre huit électrons externes (deux pour l'hydrogène).
- Liaison ionique (transfert d'électrons, métal + non-métal), covalente (partage), polarisée lorsque les électronégativités diffèrent.
- Mole : n = m/M et N = n × 6,02 × 10²³.
Solutions et stoechiométrie
- Concentration molaire : C = n/V, avec V en litres.
- Dilution : C₁V₁ = C₂V₂, car la quantité de matière de soluté ne change pas.
- Équilibrer l'équation avant tout calcul, puis dresser un tableau d'avancement : le réactif limitant est celui dont le quotient n/coefficient est le plus petit.
Acides, bases et pH
- pH = −log[H₃O⁺] ; pour un acide fort monoprotique totalement dissocié, pH = −log C.
- Un acide faible n'est que partiellement dissocié : à concentration égale, son pH est plus élevé que celui d'un acide fort.
- Neutralisation acide + base → sel + eau ; à l'équivalence, les quantités de matière respectent les coefficients de l'équation.
Exemple travaillé
On prélève 250 mL d'une solution de HCl à 0,10 mol/L et on complète à 1,00 L avec de l'eau. Quel est le pH final ? Quantité de matière : n = C × V = 0,10 × 0,250 = 0,025 mol ; elle ne change pas à la dilution. Nouvelle concentration : C = 0,025/1,00 = 0,025 mol/L. HCl étant un acide fort, pH = −log(0,025) = 1,60. Vérification : la dilution par quatre divise la concentration par quatre, donc le pH augmente de log 4 ≈ 0,60 et passe de 1,00 à 1,60.
Pièges
- Laisser le volume en millilitres dans C = n/V.
- Croire que la dilution modifie la quantité de matière.
- Confondre le pH d'un acide fort et celui d'un acide faible de même concentration.
- Équilibrer l'équation après le calcul stoechiométrique.
- Arrondir trop tôt : garder au moins trois chiffres significatifs.