Contrôle : correction

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1 Contrôle : correction Matière : Physique-chimie Sujet : Représentation des molécules Exercice 1 (5 points) Soit la représentation de Lewis d'un atome inconnu X : H Tableau périodique simplifié : Li Be B C N O F Ne Na Mg Al Si P S Cl Ar 1. Déterminer le nombre d'électrons se trouvant sur la couche externe de cet élément. D'après la représentation de Lewis, il y a sur la couche externe deux doublets non liants et deux électrons célibataires. Il y a alors au total 6 électrons sur la couche externe de l'élément X a) En supposant que la couche externe est la couche M, déterminer la configuration électronique de l'atome X. La couche M est la dernière couche donc les couches K et L sont saturées. Il y a donc 2 électrons sur la couche K, 8 électrons sur la couche L et 6 électrons sur la couche M. Le nombre total d'électrons de cet atome est donc = 16. La configuration électronique de cet atome est : (K) 2 (L) 8 (M) b) À l'aide du tableau périodique, identifier l'atome X. Cet atome possède 3 couches électroniques : il se situe donc sur la troisième ligne du tableau périodique. Comme le nombre d électrons externes est égal à 6, l atome se trouve sur la sixième colonne. Ainsi d après le tableau périodique simplifié, l'atome X est l atome de soufre S. 3. a) Cet atome peut avoir deux liaisons simples avec deux atomes d'hydrogène. Donner alors la formule brute de la molécule obtenue. La molécule contient un atome de soufre et deux atomes d'hydrogène, sa formule brute est donc H 2 S. Cette molécule est le sulfure d'hydrogène. 3. b) Donner la représentation de Lewis de cette molécule. L'atome de soufre a deux liaisons simple avec les deux atomes d'hydrogène et possède deux He 1/5

2 doublets électroniques non liants. De plus chaque atome d'hydrogène n'a qu'un seul électron libre. La représentation de Lewis du sulfure d'hydrogène est :. Exercice 2 : L'élément chimique silicium Si (5,5 points) Numéros atomiques des éléments : Silicium Si : Z = 14 Chlore Cl : Z = 17 Hydrogène H : Z = 1 1. a) Donner les configurations électroniques des éléments chlore, silicium et hydrogène. L'élément chlore a pour numéro atomique Z = 17, la première couche est saturée par 2 électrons et la deuxième par 8 électrons. La dernière couche se voit être attribuée de 7 électrons. La configuration électronique du chlore est (K) 2 (L) 8 (M) 7. 0,5 L'élément silicium a pour numéro atomique Z = 14, la première couche est saturée par 2 électrons et la deuxième par 8 électrons. La dernière couche se voit être attribuée de 4 électrons. La configuration électronique du silicium est (K) 2 (L) 8 (M) 4. 0,5 L'élément hydrogène a pour numéro atomique Z = 1, la première couche ne comporte qu'un seul électron. La configuration électronique de l'hydrogène est (K) 1. 0,5 1. b) Donner la représentation de Lewis de chacun des éléments. La représentation de Lewis se détermine à l'aide des électrons se trouvant sur la dernière couche. L'atome de chlore a 7 électrons sur la couche M, il a donc trois doublets électroniques non liants et un électron libre. La représentation de Lewis de l'atome de chlore est :. L'atome de silicium a 4 électrons sur la couche M, il a donc quatre électrons libres. La représentation de Lewis de l'atome de silicium est :. L'atome d'hydrogène a un électron sur la couche K, il a donc un seul électron libre. La représentation de Lewis de l'atome d'hydrogène est :. 2. Établir la représentation de Lewis de la molécule contenant deux atomes de chlore, deux atomes d hydrogène et un atome de silicium. L'atome de silicium possède 4 électrons externes, soit 4 électrons célibataires : il échangera donc 4 liaisons covalentes (règle de l octet). L atome d hydrogène H (Z = 1) échangera 1 liaison covalente (règle du duet) et l atome de chlore Cl (Z = 17) possède 7 électrons externes, soit 3 doublets non liants et un électron célibataire, il échangera donc une seule liaison covalente (règle de l octet). 2/5

3 La représentation de Lewis de la molécule est donc : Cette molécule est le dichlorosilane. Exercice 3 (4 points) La représentation de Cram correspond à la représentation tridimensionnelle d'une molécule, les liaisons en avant du plan étant représentées en traits épaissis, les liaisons en arrière du plan en traits pointillés et celles dans la plan par un trait fin. L'objectif est de déterminer la représentation de Cram d'une molécule. 1. Donner le représentation de Cram de la molécule du méthane CH 4 sachant que sa géométrie est tétraédrique. Les quatre atomes d'hydrogène se répartissent autour de l'atome de carbone en s'éloignant le plus possible les uns des autres. L'élément hydrogène du dessus et celui de gauche sont dans le plan de la représentation. Celui qui est au bout d'un triangle plein est en avant et celui qui est au bout des pointillés est en arrière. 2. Donner la représentation de Cram de l'ammoniac de formule brute NH 3, sachant que cette molécule a une structure géométrique pyramidale et que l'atome d'azote comporte un doublet non liant. La structure adoée par une molécule est donc celle pour laquelle les doublets d électrons externes de chaque atome s écartent au maximum les uns des autres. L'atome d'ammoniac comporte un doublet d'électrons non liants qui occupe virtuellement un sommet d'un tétraèdre. L'atome d'hydrogène à gauche et l'atome d'azote au centre sont dans le plan de la feuille, l'atome d'hydrogène en bas se trouve en avant de la feuille (triangle noir) et l'atome d'hydrogène à gauche se trouve en arrière de la feuille (triangle discontinu). 3/5

4 3. La molécule d'eau comporte un atome d'oxygène et deux atomes d'hydrogène. Les deux doublets non liants lui imposent une géométrie particulière, laquelle? Tous les atomes sont représentés dans le plan de la feuille. Les deux atomes d'hydrogène repoussés par les deux doublets non liants forment avec l'atome d'oxygène une molécule coudée. 4. Quelle est la représentation de Cram du dioxyde de carbone? La molécule du dioxyde de carbone est linéaire, tous les atomes sont représentés dans le plan de la feuille. Exercice 4 (5,5 points) Formule développée de l'éthanal : 1. Déterminer la formule brute de la molécule d éthanal donnée. La molécule de l'éthanal comporte deux atomes de carbone, quatre atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène. La formule brute de l'éthanal est C 2 H 4 O. 0,5 2. Les éléments carbone, oxygène et hydrogène ont pour numéros atomiques respectifs Z = 6, Z = 8 et Z = 1. Combien d électrons possèdent-ils sur la couche externe? L'élément hydrogène a pour numéro atomique Z = 1. La première couche, sa couche externe, ne comporte qu'un seul électron. 0,5 Le numéro atomique de l'oxygène est Z = 8, la première couche est saturée par 2 électrons et la deuxième comporte 6 électrons. La couche externe comporte donc 6 électrons. 0,5 L'élément carbone a pour numéro atomique Z = 6. La première couche est saturée par deux électrons et la deuxième comporte 4 électrons. La couche externe comporte 4 électrons. 0,5 Les éléments carbone, oxygène et hydrogène comportent respectivement 4, 6 et 1 électrons sur la couche externe. 3. a) Combien d électrons leur manque-t-il pour obtenir une structure stable? Afin de compléter sa première et dernière couche K, l'atome d'hydrogène a besoin d'un électron. C'est la règle du duet. 0,25 4/5

5 L'atome d'oxygène a 6 électrons sur la deuxième couche L. Il a besoin de 2 électrons pour avoir une structure stable, c'est la règle de l'octet. 0,25 L'atome de carbone a 4 électrons sur sa dernière couche, il a donc besoin de 4 électrons supplémentaires pour avoir une structure stable. 0,25 3. b) Combien de liaisons covalentes doivent-ils établir pour obtenir cette structure? Il manque un électron à l'atome d'hydrogène, il peut ainsi établir une liaison covalente. 0,25 Il manque deux électrons à l'atome d'oxygène, il peut alors établir deux liaisons covalentes. 0,25 Enfin, il manque 4 électrons à l'atome de carbone alors il peut établir 4 liaisons covalentes. 0,25 3. c) Est-ce le cas dans la molécule d'éthanal représentée? Chaque atome de carbone dans la formule développée de l'éthanal comporte bien 4 liaisons. L'atome d'oxygène comporte deux liaisons covalentes et les atomes d'hydrogène ont une chacun une liaison covalente. 4. Donner alors la représentation de Lewis de cette molécule. Afin de réaliser une représentation de Lewis de la molécule de l'éthanal, il faut penser que l'atome d'oxygène a deux doublets non liants : 5/5