Devoir surveillé n o 7 2 nde 5 Tableau périodique & Mouvements

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1 Devoir surveillé n o 7 2 nde 5 Tableau périodique & Mouvements Exercice I Tableau périodique (12 points) 1. Constitution a. Comment sont disposés les éléments chimiques dans la classification périodique? b. Quels sont les éléments chimiques les plus stables? Indiquez clairement l emplacement de ces éléments dans le tableau périodique complet, proposé en annexe, à rendre avec la copie. c. Indiquez clairement sur le tableau précédent, la limite entre les éléments métalliques et nonmétalliques. 2. Ions a. Utilisez le tableau périodique vide proposé en annexe pour placer l oxygène (symbole O), le soufre (symbole S) et le sélenium (symbole Se). b. Quel(s) est (sont) le(s) point(s) commun(s) entre les trois éléments précédents? c. Pour chacun des éléments, donnez la formule des ions qu ils peuvent former. Bonus : justifiez (attention, ne faites les bonus que si vous avez terminé les autres questions! ). d. Ces éléments peuvent-ils aussi former des liaisons chimiques covalentes et ainsi, former des molécules en se liant à d autres atomes? Répondez par oui ou par non. Dans l affirmative, précisez le nombre de doublet(s) liant(s) et non-liant(s) formé(s) par chacun des éléments. Bonus : justifiez. 3. Molécules a. Utilisez le tableau périodique vide précédent pour placer les éléments azote (N) et phosphore (P). b. Donnez le nombre de liaison(s) et de doublet(s) non-liant(s) formé par chacun des éléments. Aucune justification n est demandée. c. Sachant que l hydrogène (H) porte une liaison et aucun doublet non-liant, donnez les formules développées et les formules brutes de la molécule d ammoniac, formée d un atome d azote et plusieurs atomes d hydrogène (à vous de trouver combien!), et de celle de phosphine, formée d un atome de phosphore et de plusieurs atomes d hydrogène (même remarque, à vous de trouver combien). Aucune justification n est demandée.. Famille a. Indiquez clairement sur le tableau périodique complet l emplacement de la famille des alcalins. b. Indiquez la charge des ions monoatomiques que peuvent former trois éléments de cette famille, à prendre en exemple, à votre libre choix. Bonus : justifiez. c. Indiquez maintenant trois éléments (au libre choix) dont la couche électronique externe est la couche M. Quel est leur point commun? 5. Composé ionique a. Donnez la formule du composé ionique solide appelé chlorure de magnésium. Aide : les ions chlorure ont pour formule Cl,etlesionsmagnésium Mg 2+.Aucunejustificationn estdemandée. Exercice II Pointés ( pts) On considère les enregistrements, numérotés de 1 à, proposés en annexe. Les marques ont été déposées par un mobile auto-porteur, disposant d un éclateur dont la fréquence des éclairs est régulière, réglée sur la durée τ =0msentredeuxéclairs. a. Indiquez la nature de chacun des mouvements correspondant aux enregistrements. Deux adjectifs complémentaires sont demandés pour chaque mouvement, et aucune justification n est demandée. b. Pour l enregistrement n o 3, numérotez les points en partant par le point le plus à gauche. On pourra se contenter de placer M 0,M 5 et M 10. c. Calculez la vitesse v 5.Lesenregistrementssontà l échelle un. d. Tracez le vecteur v 5 (échelle proposée : un centimètre pour 0,1 m.s 1 ). Exercice III Grande roue ( pts) La grande roue, installée Place de Jaude pour chaque Noël, fait 26 mètres de haut. Une nacelle met un temps T =31spourfaireuntour complet. La grande roue tourne régulièrement, à vitesse constante, sans aucun arrêt. a. Quel est le mouvement d un élève du lycée, placé dans une nacelle, tel qu observé par un passant, immobile sur la Place de Jaude? b. Inversement, quel est le mouvement du passant, tel qu observé par l élève? c. Calculez la vitesse moyenne d une nacelle sur un tour. Aide : le périmètre d un cercle est 2πR.

2 1 2 3

3

4 Classification périodique des éléments H 1,01 1 hydrogène Li 6,9 3 lithium Na sodium K 39,1 19 potassium Rb 85,5 37 rubidium Cs 132,9 55 césium Fr (223) 87 francium Be 9 béryllium Mg 2,3 12 magnésium Ca 0,1 20 calcium Sr 87,6 38 strontium Ba 137,3 56 baryum Ra radium Sc 5 21 scandium Y 88,9 39 ytrium Lu lutécium Lr (262) 103 lawrencium Ti 7,9 22 titane Zr 91,2 0 zirconium Hf 178,5 72 hafnium Rf (263) 10 rutherfordium V 50,9 23 vanadium Nb 92,9 1 niobium Ta 180,9 73 tantale Db (262) 105 dubnium Cr 52 2 chrome Mo 95,9 2 molybdène W 183,9 7 tungstène Sg (266) 106 seaborgium Mn 5,9 25 manganèse Tc (98) 3 technétium Re 186,2 75 rhénium Bh (26) 107 bohrium Fe 55,8 26 fer Ru 101,1 ruthénium Os 190,2 76 osmium Hs (269) 108 hassium Co 58,9 27 cobalt Rh 102,9 5 rhodium Ir 192,2 77 iridium Mt (268) 109 meitnerium Ni 58,7 28 nickel Pd 106, 6 palladium Pt 195,1 78 platine Uun (273) 110 Ununnilium Cu 63,5 29 cuivre Ag 107,9 7 argent Au or Uuu (272) 111 Unununium Zn 65, 30 zinc Cd 112, 8 cadmium Hg 200,6 80 mercure Uub (277) 112 Ununbium B 10,8 5 bore Al aluminium Ga 69,7 31 gallium In 11,8 9 indium Tl 20, 81 thallium Uut (287) 113 Ununtrium C 12 6 carbone Si 28,1 1 silicium Ge 72,6 32 germanium Sn 118,7 50 é t a i n Pb 207,2 82 plomb Uuq (289) 11 Ununquadium N 1 7 azote P phosphore As 7,9 33 arsenic Sb 121,8 51 antimoine Bi bismuth Uup (288) 115 Ununpentium O 8 oxygène S 32,1 soufre Se 79 3 sélénium Te 127,6 52 tellure Po (209) 8 polonium Uuh (289) 1 Ununhexium F 19 9 fluor Cl 35,5 17 chlore Br 79,9 35 brome I 126,9 53 iode At (210) 85 astate Uus (291) 117 Ununseptium He 2 hélium Ne 20,2 10 néon Ar 39,9 18 argon Kr 83,8 36 krypton Xe 131,3 5 xénon Rn (222) 86 radon Uuo (293) 118 Ununoctium La 138,9 57 lanthane Ce 10,1 58 cérium Pr 10,9 59 praséodyme Nd 1,2 60 néodyme Pm (15) 61 prométheum Sm 150, 62 samarium Eu europium Gd 157,3 6 gadolinium Tb 158,9 65 terbium Dy 2,5 66 dysprosium Ho,9 67 holmium Er 7,3 68 erbium Tm 8,9 69 thulium Yb ytterbium Ac (227) 89 actinium Th thorium Pa protactinium U uranium Np (237) 93 neptunium Pu (2) 9 plutonium Am (23) 95 américium Cm (27) 96 curium Bk (27) 97 berkélium Cf (251) 98 californium Es (252) 99 einsteinium Fm (257) 100 fermium Md (260) 101 mendélévium No (259) 102 nobélium

5 Devoir surveillé n o 7 2 nde 5 Tableau périodique & Mouvements Exercice I Tableau périodique 1. a. Dans la classification périodique, les éléments sont disposés par numéro atomique Z croissant en ligne. Chaque ligne correspondant au remplissage d une couche électronique, chaque colonne correspond à une même structure électronique externe. b. Les éléments chimiques stables sont les gaz nobles (aussi appelés improprement gaz rares). Ils occupent la dernière colonne à droite dans le tableau périodique. 2. b. Les trois éléments placés sont dans la même colonne, ils appartiennent à la même famille, et partagent une même structure électronique externe. c. Des éléments d une même famille forment des ions monoatomiques de mêmes charges. En formant des ions ils acquièrent la stabilité manquante, en adoptant la structure électronique du gaz noble le plus proche. Dans ce cas, les gaz nobles sont à deux colonnes de distance, donc les ions formés sont respectivement O 2, S 2 et Se 2. d. Oui, ces éléments peuvent former des liaisons chimiques covalentes, puisqu ils sont dans les nonmétaux. Étant à deux colonnes du gaz noble le plus proche, il leur manque deux électrons, ils forment donc deux liaisons. Pour atteindre l octet d électron, il faut encore leur rajouter deux doublets non-liants. 3. a. Les éléments azote et phosphore portent trois liaisons et un doublet non-liant. b. Formule développée de l ammoniac, de formule brute NH 3 : H N H H Formule développée de la phosphine, de formule brute PH 3 : H P H H. a. La famille des alcalins occupe la première colonne à gauche dans le tableau périodique. b. Encore une fois, ces éléments, non stables, acquièrent la structure électronique du gaz noble le plus proche, ici à une colonne sur la gauche. Les ions monoatomiques formés sont donc, par exemple, Li +,Na + et K +,pourlestroispremiers (attention, l hydrogène ne fait pas partie de la famille des alcalins!). c. La couche M est la troisième couche électronique, correspondant à la troisième ligne du tableau. Trois exemples d éléments de cette ligne sont le sodium Na, le magnésium Mg et l aluminium Al. 5. Chlorure de magnésium : MgCl 2. Exercice II Pointés a. Dans l ordre, de 1 à, nous avons : un mouvement rectiligne uniforme ; un mouvement rectiligne accéléré ; un mouvement circulaire uniforme ; un mouvement curviligne varié. b. La valeur de la vitesse v 5 au point M 5 est : v 5 = M M 6 t 6 t En notant τ la durée entre deux éclairs, t 6 t =2τ. On mesure sur la figure 3 de l annexe la longueur du segment de droite M M 6 =2, 9cm.Pourl application numérique, on n omet pas de convertir les centimètres en mètres, et les millisecondes en secondes : 2, v 5 = =0, 36 m.s c. Le vecteur vitesse v 5 doit respecter quatre caractéristiques : sens : celui du mouvement ; direction : tangent à la trajectoire ; point d application : M 5 ; valeur : v 5 =0, 36 m.s 1. Avec l échelle proposée dans l énoncé, il faut donc tracer un vecteur de 3,6 cm de long, placé sur M 5. Exercice III Grande roue a. Un élève, placé dans une nacelle, aura pour un observateur externe un mouvement de translation circulaire uniforme. b. Inversement, l élève qui n aurait pas conscience de son propre mouvement, verait l observateur extérieur en mouvement de translation circulaire uniforme : c est la relativité du mouvement. c. Calculons la longueur d un tour : P =2πR =2 3, =82m La vitesse moyenne est, par définition, le quotient de la distance d divisée par la durée t ;aveclesnotations de l exercice, T étant la durée d une révolution complète, ou période du mouvement : v = d t Application numérique : v = P T v = =2, 6m.s 1 =9, 5km.h 1

6 3 M 0 M M 5 M 10 M 6 v 5

7 Li 6,9 3 lithium Na sodium K 39,1 19 potassium Mg 2,3 12 magnésium Al aluminium N 1 7 azote P phosphore O 8 oxygène S 32,1 soufre Se 79 3 sélénium He 2 hélium Ne 20,2 10 néon Ar 39,9 18 argon Kr 83,8 36 krypton Xe 131,3 5 xénon Rn (222) 86 radon Uuo (293) 118 Ununoctium