3) Classer ces trois éléments par ordre croissant d électronégativité.

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1 ollège ciences et technologies Année YLE PREPARATIRE DEVIR URVEILLE N 2 Epreuve : himie générale (PI101) Date : 04 janvier 2017 Durée : 1h30 ans documents, calculatrice autorisée Epreuve de MM. astet, respos, Truflandier Exercice 1. lassification périodique et propriétés des éléments n donne ci-dessous les rayons covalents (R, en pm = m) de l hydrogène, du lithium et du fluor. : Li : : R = 37 pm R = 133 pm R = 64 pm 1) Justifier pourquoi R(Li) > R() et R(Li) > R(). R(Li) > R() : dans Li la couche n=2 est occupée, ce qui conduit à l augmentation du rayon atomique R(Li) > R() : les deux éléments appartiennent à la même période. L augmentation de la charge nucléaire conduit à la contraction du rayon atomique. 2) alculer la longueur des liaisons Li et. L(Li ) = R(Li) + R() = = 170 pm L( ) = R() + R() = = 101 pm 3) lasser ces trois éléments par ordre croissant d électronégativité. Li < < 4) La différence d électronégativité de ces éléments est à l origine de l existence d un moment dipolaire dans les molécules Li et. En orientant par convention le moment dipolaire de l élément chargé négativement vers l élément chargé positivement, schématiser le dipôle de ces deux molécules. Li : Li chargé positivement, chargé négativement. Dipôle orienté de vers Li. : chargé négativement, chargé positivement. Dipôle orienté de vers. Exercice 2. tructure électronique et géométrie moléculaire 1) Pour chacune des molécules suivantes : 2, 2, l 2, 2 3, 4 a) Etablir la structure de Lewis. b) Indiquer la nature de l environnement électronique de l atome central dans la nomenclature VEPR (AX n E m ). c) chématiser et nommer la figure de répulsion. 1

2 d) Indiquer la forme (géométrie) de la molécule en précisant l ordre de grandeur des angles de liaison e) Donner l état d hybridation de l atome central. Mol. Lewis VEPR 2 AX 2 E igure de répulsion (angles) chéma Géométrie moléculaire oudée ybrid. sp 2 2 AX 2 E 2 l 2 AX 3 E 2 3 AX 3 4 l l AX 4 E Tétraèdre Tétraèdre Bipyramide à base trigonale (120, 90 ) l l oudée Pyramide trigonale Bascule (120, 90 ) sp 3 sp 3 sp 2 sp 3 d 2) L atome de ome dans la molécule 3 possède trois doublets liants (DL) et deux doublets non liants (DNL), pouvant adopter une position axiale ou équatoriale. a) Quel est l état d hybridation de l atome de ome? b) chématiser les trois figures de répulsion possibles de la molécule, en considérant les différentes positions non équivalentes des doublets liants et non liants. c) Dans chaque cas, décompter le nombre d interactions électrostatiques de type DL-DNL et DNL-DNL dans lesquels les doublets électroniques forment un angle de 90. d) En déduire la figure de répulsion la plus stable et la géométrie de la molécule 3. e) ette molécule est-elle polaire? i oui, schématiser l orientation du dipôle. 2

3 a) Etat d hybridation de l atome de ome : sp 3 d b) c) I II III Position des DNL axiale axiale et équatoriale équatoriale chéma Interaction DL-DNL à 90 Interaction DNL-DNL à d) La figure de répulsion II est la moins stable à cause de l interaction DNL-DNL à 90. La figure de répulsion I est moins stable que la III, car les interactions DL-DNL à 90 sont moins nombreuses. La figure de répulsion la plus stable est donc la III. e) La molécule est polaire (pas de compensation des dipôles de liaison). dipôle Exercice 3. rbitales hybrides n considère la molécule 3. a) Etablir la structure de Lewis de cette molécule. b) Indiquer la nature de l environnement électronique des atomes de carbone et d oxygène dans la nomenclature VEPR, et leur état d hybridation au sein de la molécule. c) Etablir un schéma de la formation des liaisons en utilisant le formalisme des cases quantiques. d) Représenter schématiquement les orbitales atomiques hybrides et les orbitales non hybridées. Distinguer sur le schéma les liaisons de type σ et les liaisons de type π : AX 4, sp 3 2 : AX 3, sp 2 : AXE 2, sp 2 3

4 1 (sp 3 ) liaison σ liaison π 2 (sp 2 ) 2p σ π 2p (sp 2 ) Exercice 4. tructure électronique d espèces ioniques 1) n considère le cation allyle [ ] +. a) Etablir la représentation de Lewis de cet ion. b) Au sein de cet ion, les liaisons - sont de même longueur (L = 1,38 Å). Justifier que L est inférieure à la liaison - dans l éthane ( 3-3, L = 1,50 Å) et supérieure à la liaison - dans l éthylène ( 2 = 2, L = 1,33 Å). Deux formes mésomères équiprobables : les liaisons - sont intermédiaires entre liaisons simples et liaisons doubles. 2) n considère les ions cyanate N et azoture N 3. a) Donner le nombre d électrons de valence dans ces deux ions. b) Etablir leur représentation de Lewis. c) En utilisant la nomenclature VEPR, donner la nature de l environnement électronique et l état d hybridation de l atome central dans ces deux ions. d) En déduire la géométrie des deux molécules. a) N : = 16 électrons de valence. N 3 : = 16 électrons de valence. 4

5 b) chémas de Lewis : N N N N c) Atome central dans les deux ions : AX 2, hybridation sp d) Les deux molécules sont linéaires. Exercice 5. Evolution de l angle de valence dans les molécules AB 3 n donne dans le tableau suivant l évolution de l angle de valence α = B-A-B (en degrés) dans les molécules de type AB 3, où A et B sont deux atomes différents. B = B = l A = N 102,2 107,1 A = P 97,8 100,3 A = As 96,1 98,6 A = b 87,3 97,2 1) En utilisant la nomenclature VEPR, donner la nature de l environnement électronique de l atome A dans ces deux séries de molécules. 2) En déduire la forme de la figure de répulsion, la géométrie moléculaire, et l angle de valence théorique attendu dans ces deux séries. 3) Justifier le fait que les angles reportés dans le tableau sont tous inférieurs à l angle théorique. 4) Proposer une explication à la diminution de l angle α le long d une colonne du tableau. 5) Proposer une explication à l augmentation de l angle α le long d une ligne du tableau. 1) AX 3 E 2) figure de répulsion = tétraèdre. Géométrie = Pyramide trigonale. Angles de valence théorique : B-A-B =109,5. 3) Les angles réels sont inférieurs à 109,5 à cause de la présence du doublet non liant, qui exerce une répulsion supérieure à un doublet liant. 4) L angle diminue le long d une colonne du tableau car l électronégativité de l atome A diminue. Les électrons de la liaison A-B sont de plus en plus localisés du côté de B, ce qui entraîne une fermeture de l angle B-A-B. 5) L angle augmente le long d une ligne du tableau car l électronégativité de l atome B diminue. Les électrons de la liaison A-B sont de plus en plus localisés du côté de A, ce qui entraîne une ouverture de l angle B-A-B. 5