Seconde EVALUATION N 5 (1h30) /30

Transcription

1 Nom, Prénom, Classe :... Seconde EVALUATION N 5 (1h30) /30 Toutes les réponses doivent être rédigées et justifiées!! Exercice 1 : (11,5 pts) Météorite d Allende «Pour la plupart, les météorites proviennent de la ceinture d astéroïdes située entre Mars et Jupiter. Ces astéroïdes subissent de nombreuses collisions et les morceaux libérés peuvent alors croiser la trajectoire de la Terre. En 1969, une météorite de plus de 2 tonnes est tombée près du village de Pueblo de Allende, au Mexique. Friable comme beaucoup de météorites pierreuses, elle s est fragmentée en entrant dans l atmosphère. Les fragments de météorites présentent des inclusions blanches contenant notamment du corindon Al 2 O 3, de l hibonite CaAl 12 O 9, de la perovskite CaTiO 3, de l anorthite CaAl 2 Si 2 O 8 et du spinelle MgAl 2 O 4. Etudions dans un premier temps l élément qui semble présent dans toutes ces roches.» Ce que disent les minéraux, Belin, L atome d oxygène de symbole O possède 16 nucléons. La charge de son noyau est q = 1, C. a- Vérifier par un calcul que son numéro atomique est Z = 8. b- Quel est son nombre de neutrons? c- Combien d électrons possède cet atome isolé? 2. On a également isolé dans la météorite des éléments de même numéro atomique mais comportant 10 neutrons. a- S agit-il du même élément qu au 1a)? b- Comment peut-on qualifier ces deux éléments? c- Donner les deux représentations symboliques des noyaux de ces deux éléments. 3. On peut obtenir du corindon Al 2 O 3 en chauffant un morceau d aluminium métallique dans l air. a- Quels sont les éléments chimiques présents dans le corindon? b- En déduire les éléments chimiques présents dans les réactifs. c- Donner le nom des réactifs et écrire l équation-bilan de la réaction. 4. Le rayon de l atome d aluminium vaut 125 pm. Le noyau de l atome d aluminium assimilable à une sphère de rayon voisin de 2, pm. a- Exprimer ces deux rayons en mètre, en utilisant la notation scientifique. b- On représente le noyau par une balle de ping-pong de rayon 19 mm. Quel rayon aurait la sphère représentant l atome d aluminium? c- Que signifie l expression : " L atome a une structure lacunaire? " Données: charge élémentaire : e = 1, C

2 Exercice 2 : (8pts) Que mangent les astronautes dans l espace? Le chocolat, source de magnésium Le rôle premier de la nourriture est de contribuer à l équilibre physiologique des spationautes. Une mauvaise estimation des besoins nutritifs peut nuire à la santé de l équipage et par conséquent, au bon déroulement de la mission. Atrophie musculaire, déficience du système immunitaire, problèmes cardio-vasculaires et décalcification sont les risques encourus par les spationautes si les plats ne sont pas correctement équilibrés. Si se nourrir est avant tout une nécessité physique, l alimentation a aussi un véritable rôle psychologique. Une alimentation saine limite le stress et contribue ainsi au maintien de bonnes relations au sein de l équipage. Le magnésium a de nombreuses vertus! Pour commencer, il agit de manière extrêmement bénéfique sur le stress, mais loin de s arrêter là, il devrait à lui seul se voir décerner un prix Nobel! Bénéfique sur le cerveau il permet une utilisation optimale des neurones, il joue également sur la décontraction musculaire, le transit intestinal, le système cardio-vasculaire, ainsi que sur l utilisation du sucre par les cellules! Soit un atome de magnésium ayant pour représentation symbolique 1. Donner la composition d un atome de magnésium. Mg Parmi les structures électroniques proposées pour l atome de magnésium, certaines sont fausses. Dire lesquelles et expliquer pourquoi. a) (K) 2 (L) 8 (M) 2 b) (K) 1 (L) 8 (M) 3 c) (K) 3 (L) 8 (M) 1 3. Quelle est la couche externe de cet atome? Combien d électrons comporte-t-elle? 4. Quelle est la structure électronique de l élément appartenant à la même famille mais situé dans la période précédente? 5. Sachant qu un carré de chocolat a une masse de 5,0 g et contient environ 10 % de magnésium, calculer le nombre d atomes de magnésium que l on consomme lorsqu on mange un carré de chocolat. 6. On trouve également du magnésium dans les eaux minérales sous forme ionique. Déterminer l ion stable formé par l élément magnésium. (Pour justifier, énoncer une règle). 7. Quel élément a la même configuration électronique lorsqu il est neutre? A quelle famille appartient-il? Exercice 3 : (5,5pts) Le miroir du VLT Le Very Large Telescope (VLT) est un télescope très performant situé dans le Nord du Chili. Le miroir de 50 m² de ce télescope est recouvert d une couche d Périodiquement, le miroir est rénové : l ancienne couche est décapée par un acide, puis 12g d est déposée sur le miroir sous une atmosphère d argon, afin d assurer la pureté, l uniformité et d adhérence de la nouvelle couche d L atome dont il est question dans le texte a pour structure électronique : (K) 2 (L) 8 (M) D après sa structure électronique, dans quelle colonne et quelle période du tableau périodique se trouve cet élément? 2. De quel élément s agit-il? 3. Cet atome possède un neutron de plus que le nombre de proton. Donner la représentation symbolique de son noyau.

3 4. Calculer la masse du noyau de cet atome, puis celle du nuage d électrons. Comparer ces deux masses et conclure. 5. Donner la définition d un ion monoatomique. 6. L ion de cet élément possède la structure électronique suivante : (K) 2 (L) 8. Donner la formule de cet ion. Données : m nucléon = 1, kg ; m electron = 9, kg Exercice 4 : (5pts) Les travaux d Élisabeth FULHAM Élisabeth FULHAM (vers ) peut être considérée comme la première femme chercheuse professionnelle en chimie de l ère moderne. On lui doit trois découvertes majeures : les réductions métalliques* en milieu aqueux, la catalyse et la photoréduction, premier pas vers la photographie. On peut donc s étonner que son nom soit à ce point ignoré! D après Histoires des femmes scientifiques de l antiquité au XX ème siècle -Eric SATORI-Plon 2006 * On parle de réduction métallique lorsqu un ion métallique est «transformé» en un atome du métal. Document 1. Un exemple de constitution de pile. On peut constituer une pile en plongeant une lame de cuivre et une lame de zinc dans un bécher contenant une solution bleue de sulfate de cuivre (la coloration bleue est due à la présence des ions cuivre Cu 2+ ). On constate au bout d'un certain temps que la solution bleue se décolore et qu'un dépôt rouge est apparu sur la lame de zinc. Document 2. Tests d ions. (Na + ; HO - ) 1. Dans l expérience décrite dans le document 1, comment expliquer la décoloration de la solution bleue? Quelle est la nature du dépôt rouge qui est apparu sur la lame de zinc? 2. Dans l expérience décrite dans le document 1, on peut faire l hypothèse que les atomes de zinc se transforment en ions zinc, de formule Zn 2+ (aq), en même temps que la solution bleue se décolore. Proposez une expérience ayant pour but de valider ou d'invalider cette hypothèse (expérience proposée sous forme de phrases et de schémas légendés). Indiquer les résultats obtenus dans le cas ou notre hypothèse est validée et dans celui où elle est invalidée. Ecrire l équation de la transformation ayant lieu dans le cas où l hypothèse est validée. 3. Expliquez pourquoi ces expériences illustrent la conservation des éléments au cours des transformations chimiques? Bon travail! Classification périodique simplifiée représentant le symbole de l atome et son numéro atomique

4 CORRECTION EX1 : 1) a- Z = q / e AN : Z = 1, / 1, = 8 (1) b- N = A Z donc N = 16 8 = 8 neutrons (1 avec c- Cet atome isolé possède donc 8 électrons puisqu un atome est électriquement neutre. (1 avec 2) a- Il s agit du même élément qu au 1) car il a même numéro atomique. (1 avec b- Ces deux éléments sont isotopes car ils ont le même nombre de protons et un nombre de neutrons différents. (1 avec c- On aura : 8 O et 8 O ( ) 3) a) Les éléments chimiques présents dans le corindon Al 2 O 3 sont l élément aluminium et l élément oxygène. (0.5) b) Les éléments chimiques présents dans les réactifs sont donc également l élément aluminium et oxygène puisque lors d une transformation chimique il y a conservation des éléments. (1 avec c) Le nom des réactifs : aluminium et dioxygène. (0.5) L équation-bilan de la réaction : 4Al + 3O 2 2 Al 2 O 3 (1) 4) a) r atome = 125 pm = 1, m ; r noyau = 2, pm = 2, m. ( ) b) Si le noyau est représenté par la balle de ping-pong alors la sphère représentant l atome aurait un rayon de 19*1, /2, = 9, mm = 990 m!! (1) EX2 : c) L expression : " L atome a une structure lacunaire " signifie que l atome est essentiellement constitué de vide. (0.5) 1) Z = 12, donc l atome de magnésium contient 12 protons ; A = 24 donc son nombre de neutrons vaut = 12. Un atome est électriquement neutre, il contient donc autant de protons que d électrons soit pour le magnésium : 12 électrons. (1.5 avec 2)La proposition b est fausse car la couche K n est pas saturée. La proposition c est fausse car la couche K contient 3 électrons alors qu elle ne peut en contenir que 2 au maximum. Seule la proposition a est juste. (1) 3) La couche externe de cet atome est la couche M, elle comporte 2 électrons. ( ) 4) La structure électronique de l élément appartenant à la même famille (donc même nombre d électron sur la couche externe) mais situé dans la période précédente (donc une couche en moins) est : (K) 2 (L) 2 (1 avec 5) Soit m, la masse de magnésium contenu dans d un carré de chocolat : m = nb d atomes m(mg) soit nb d atomes = m/m(mg) de plus m = 10% m(carré) d où nb d atomes = 0,1 5,0/4, = 1, (1,5) 6) L atome doit donc perdre 2 électrons pour satisfaire à la règle de l octet. L atome perd donc 2 électrons pour donner l ion Mg 2+. (1) 7) L élément ayant la même configuration électronique lorsqu il est neutre est le néon qui est un gaz rare (ou noble) ( ) EX3 : 1) D après sa structure électronique, cet élément se trouve 3 ème période, 3 ème ligne. (0.5) 2) Il s agit de l aluminium (0.5) 27 3) Z = 13 donc A = Z + N = = 27 13Al (1 avec

5 4) m noyau = A m nucléon AN : m noyau = 27 1, = 4, kg(0.5) m cortège = Z m électron AN : m cortège = 13 9, =1, kg(0.5) m noyau 4, = = m cortège 1, , (0.5) J en conclu que la masse du noyau est 3810 fois plus grande que celle des électrons que je peux par conséquent négliger. (0.5) 5) Un ion monoatomique est un atome qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. (0.5) 6) Cet ion possède = 10 électrons, il a donc perdu 3 électron par rapport à l atome afin de satisfaire à la règle de l octet, c est un ion positif : Al 3+.(1) Données : m proton = 1, kg ; m neutron = 1, kg ; m electron = 9, kg EX4 : 1. Le document 2 indique : «la coloration bleue est due à la présence des ions cuivre Cu 2+» et «On constate au bout d'un certain temps que la solution bleue se décolore et qu'un dépôt rouge est apparu sur la lame de zinc». La décoloration de la solution est due à la disparition des ions cuivre. On peut faire l hypothèse qu au contact de la plaque de zinc, les ions cuivre se sont transformés. La conservation des éléments chimiques nous conduit à penser que le dépôt rouge est du cuivre métallique. Les ions cuivre se sont donc transformés en atomes de cuivre. (1.5) 2. Nous voulons vérifier s il y a bien eu apparition d ions zinc de formule Zn 2+ au cours de cette transformation chimique. D après le document 3, le test d identification des ions Zn 2+ utilise la soude. Nous allons donc placer dans un tube à essais quelques millilitres de la solution constituant la pile ayant fonctionnée un certain temps et nous allons ajouter quelques gouttes de soude. Si nous constatons l apparition d un précipité blanc Zn 2+ (aq) + 2HO - (aq) Zn(OH) 2(s) cela signifie que le test est positif et valide l hypothèse de la formation d ion zinc. Si nous ne distinguons pas de précipité blanc alors le test est négatif et l hypothèse est invalidée. Schéma dans le cas où le test est positif : (2.5) 3. Au cours des réactions chimiques, les différents éléments se conservent : aucun élément chimique ne peut apparaître ou disparaître, ils apparaissent juste sous une forme différente (atome, ion, molécule). Nous constatons effectivement dans les expériences décrites dans cet exercice que les ions cuivre de la solution bleue, de formule Cu 2+, se transforment en atomes de cuivre pour former un dépôt métallique et que les atomes de zinc de la lame de zinc se transforment en ions zinc, de formule Zn 2+. (1)