Chimie. Cet extrait du tableau périodique montre la classification de quelques éléments chimiques.

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1 Épreuve de Chimie Nom : N o : Série : C2 Date : 16/12/2014 Classe : 3 e Durée : 55 minutes Chimie Cette épreuve est constituée de trois exercices. Elle comporte deux pages numérotées 1/2 et 2/2. L usage de la calculatrice n est pas autorisé. Premier exercice : Les familleschimiques (8 points) 1. La carte d identité d un métal alcalin :le sodium Le sodium Na est un métal alcalin placé dans la troisième période du tableau périodique. a. Déterminer son numéro atomique. b. Le nombre de neutrons de l atome de sodium dépasse de 1 le nombre de protons. Écrire le nuclide de cet atome. c. Donner la masse atomique et la masse molaire atomique du sodium. d. Calculer la quantité de matière contenue dans 4,6 g de sodium. 2. Les familles chimiques du magnésium et du fluor Les ions magnésium Mg 2+ et fluorure F - ont la même configuration électronique : K 2 L 8. a. Déterminer le numéro atomique de chacun des éléments magnésium Mg et fluor F. b. Indiquer le groupe de chaque élément et donner le nom de sa famille chimique. 3. La famille des gaz rares L hélium He et le néon Ne sont respectivement le premier et le deuxième gaz rares. a. Préciser le nombre d électrons de valence de l atome de chacun des deux éléments. b. Donner les représentations de Lewis des atomes d hélium et de néon. Deuxième exercice : Structure de deux molécules(6 points) Cet extrait du tableau périodique montre la classification de quelques éléments chimiques. Groupe I II III IV V VI VII VIII Colonne re période H 2 e période C N O 1. Écrire la représentation de Lewis de chaqueatome figurant dans le tableau. Préciser la valence de chacun d eux. 2. Écrire la représentation de Lewis de la molécule N 2 H 4. 1/2

2 3. Donner les deux formules structurales possibles de la molécule HOCN. Préciser le type de liaison covalente entre les atomes C et N dans chacune de ces formules. Troisième exercice : L aluminium dans la nature(6 points) Dans la nature, l aluminium se trouve lié à d autres éléments. On le trouve sous la forme d oxyde d aluminium ou alumine. C est une roche brillante à laquelle on donne le nom de corindon. Le corindon peut être incolore : il a alors l aspect du diamant. Il est souvent coloré par des impuretés qui lui confèrent beaucoup de valeur : bleu, c est le saphir ; rouge, c est le rubis. On peut également trouver l aluminium dans des minéraux appelés aluminosilicates, associés à d autres atomes tels que le béryllium : c est l incomparable émeraude dont le vert intense symbolisait dans l antiquité l immortalité et la foi. L alumine hydratée, appelée bauxite, constitue le minerai duquel on extrait l aluminium pour notre vie de tous les jours. La bauxite présente une couleur rouge due à l oxyde de fer qui lui est souvent associé. 1. Relever du texte les noms de trois pierres précieuses renfermant de l aluminium. 2. Le numéro atomique de l aluminium (Al) est Z = 13. Écrire la configuration électronique de l atome d aluminium. En déduire la période et le groupe de l aluminium. 3. L oxyde d aluminium, ou alumine, est un composé ionique formé par l association d ions aluminium et d ions oxyde. a. Expliquer la formation de l ion aluminium et donner son symbole. b. L ion oxyde provient de l atome d oxygène qui figure dans le tableau de l exercice précédent. Déduire le symbole de cet ion. c. Écrire la formule ionique et la formule statistique de l oxyde d aluminium. BON TRAVAIL! 2/2

3 Classe de 3 e Contrôle 2, le 16/12/2014 Chimie Corrigé Barème

4 Premier exercice : Les familles chimiques (8 points) 1. La carte d identité d un métal alcalin :le sodium a. Étant un métal alcalin, le sodium appartient au groupe I. Donc l atome de sodium a un seul électron de valence et 3 niveaux d énergie puisque le sodium est placé dans la 3 e période. La configuration électronique de cet atome est : K 2 L 8 M 1. L atome de sodium a 11 électrons donc 11 protons puisqu il est électriquement neutre. On déduit que le numéro atomique du sodium, qui représente le nombre de protons, est Z = 11. b. Le nuclide del atome de sodium est sa représentation symbolique A Z Na. Le numéro atomique est Z = 11. Le nombre de masse A représente le nombre de nucléons (protons et neutrons) : A = Z + N = Z + Z + 1 = 2 Z + 1 = 23. Le nuclide de l atome de sodium est donc Na. c. La masse atomique est la masse d un atome réel. Elle est égale à la masse des nucléons dans le noyau de l atome puisque la masse des électrons est négligeable. La masse atomique du sodium équivaut au nombre de masse A exprimé en u (Chaque nucléon a une masse de 1 u). Cette masse est donc de 23 u. La masse molaire atomique est la masse d une mole d atomes. Elle équivaut au nombre de masse exprimé en g/mol. La masse molaire atomique du sodium est donc : M = 23 g/mol. d. La quantité de matière (n) est le quotient de la masse donnée (m) par la masse m 4,6 molaire (M) : n 0, 2 mol. M Les familles chimiques du magnésium et du fluor a. La configuration électronique des deux ions magnésium et fluorure montre que chacun d eux a 10 électrons. L ion Mg 2+ provient d un atome Mg qui a perdu 2 électrons. Donc l atome Mg, électriquement neutre, a 12 électrons (2 électrons de plus que l ion) et 12 protons. Le numéro atomique du magnésium, égal au nombre de protons, est alors : Z = 12. L ion F - provient d un atome F qui a gagné un électron. Donc l atome neutre F a9 électrons (1 électron de moins que l ion) et 9 protons. On déduit que le numéro atomique du fluor est Z = 9. b. L atome Mg a 2 électrons périphériques (K 2 L 8 M 2 ). Le magnésium est donc dans le groupe II. Il appartient à la famille des métaux alcalins. L atome F a 7 électrons périphériques (K 2 L 7 ). Le fluor est donc dans le groupe VII. Il appartient à la famille des halogènes. 3. La famille des gaz rares a. Les atomes des gaz rares ont tous leur dernier niveau saturé. Étant le premier gaz rare, l hélium n a qu un seul niveau d énergie K saturé à 2 électrons. L atome d hélium a donc 2 électrons de valence. L atome de néon a 2 niveaux d énergie K et L puisque le néon est le 2 e gaz rare. Le niveau L est saturé à 8 électrons. L atome de néon a donc 8 électrons de valence. b. La représentation de Lewis de l atome d hélium est He et celle de l atome de néon est Ne. Corrigé 1/2 Barème

5 Deuxième exercice : Structure de deux molécules (6 points) 1. Représentations de Lewis et valences des atomes Dans la représentation de Lewis d un atome, le symbole de l élément est entouré des électrons périphériques de l atome dont le nombre correspond au numéro du groupe. La valence d un atome est égale au nombre d électrons célibataires de l atome. Élément Hydrogène (H) Carbone (C) Azote (N) Oxygène (O) Représentation de Lewis de l atome H C N O Valence Représentation de Lewis de la molécule N 2 H 4 (En respectant la valence de chaque atome) H N N H H H 3. Formules structurales possibles de la molécule HOCN 1 re formule structurale possible : H O C N ; la liaison entre les atomes C et N est une liaison covalente triple. 2 e formule structurale possible: O = C = N H ; la liaison entre C et N est une liaison covalente double. ¼ pt 2 pts Troisième exercice : L aluminium dans la nature (6 points) 1. Noms des pierres précieuses renfermant de l aluminium Le saphir, le rubis et l émeraude renferment de l aluminium. 2. Configuration électronique et place de l aluminium dans le tableau périodique L atome d aluminium a 13 protons (Z = 13), donc il a 13 électrons car l atome est neutre.sa configuration électronique est : K 2 L 8 M 3. Sachant que la période d un élément correspond au nombre de niveaux d énergie de l atome de cet élément et le groupeau nombre d électrons périphériques, on déduit que l aluminium est placé : - dans la troisième période du tableau puisquel atome a trois niveaux d énergie ; - dans le groupe III (13 e colonne) puisque l atome a 3 électrons périphériques. 3. Formation de l oxyde d aluminium a. Pour réaliser l octet, l atome d aluminium doit perdre ses 3 électrons périphériques. Il devient alors un cation de symbole Al 3+. b. D après le 2 e exercice, l atome d oxygène a 6 électrons externes. Il doit donc gagner 2 électrons pour réaliser l octet. Ildevient alors un anion de symbole O 2-. c. Un composé ionique est neutre dans son ensemble. On déduit alors que la formule ionique de l oxyde d aluminium est (2 Al 3+ ; 3 O 2- ) et sa formule statistique est Al 2 O 3. 2/2

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