Épreuve de Chimie Nom : N o : Série : E2 Date : 27/05/2015 Classe : 3 e Durée : 60 minutes Chimie Cette épreuve est constituée de trois exercices. Elle comporte deux pages numérotées 1/2 et 2/2. L usage de la calculatrice est autorisé. Premier exercice : Liaisonschimiquesde l oxygène (7 points) L oxygène est un élément chimique abondant dans la nature. On le retrouve dans différentes espèces chimiques : le dioxygène (O 2 ), le dioxyde de soufre (SO 2 ), la magnésie (MgO), le nitrate (NO 3 - ), le phosgène (COCl 2 ), et bien d autres. On donne les groupes chimiques des éléments suivants : carbone (groupe IV), oxygène (groupe VI), magnésium (groupe II) et chlore (groupe VII). 1. Écrire la représentation de Lewis de chacun des atomes : C, O, Mg et Cl. 2. La masse de 0,3 mole d oxygène étant de 4,8 g, déduire la masse molaire atomique de l oxygène. 3. Préciser le type de liaison (covalente ou ionique) établie : a. entre le magnésium et l oxygène pour former la magnésie MgO ; b. entre les deux atomes d oxygène pour former le dioxygène O 2. Pour chacun des deux composés (MgO et O 2 ), donner sa représentation de Lewis si la liaison est covalente, et sa formule ionique si la liaison est ionique. 4. Le phosgène est un gaz toxique de formule moléculairecocl 2. Donner la formule structurale decette molécule. 5. L ion nitrate (NO 3 - ) est un constituant des engrais. Déterminer le nombre d oxydation de l azote dans cet ion polyatomique. 6. Le dioxyde de soufre (SO 2 ) est un gaz polluant qui peut causer des maladies respiratoires comme la bronchite. Il est également à l origine des pluies acides. Citer deux effets de ces pluies sur la nature et proposer une solution à ce problème. Deuxième exercice : Construction de deux piles électrochimiques(7 points) On désire construire deux piles électrochimiques (A) et (B). Pour réaliser ces deux piles, on compare la tendance de trois métaux (or, cuivre et fer) à perdre des électrons en se référant à l axe suivant : Au Cu Ordre croissant de la tendance à perdre des électrons
1/2 1. Construction de la pile (A) La pile (A) est construite avecles deux métaux : or (Au) et cuivre (Cu). a. On dispose de deux solutions : l une contenant des ions or Au 3+ et l autre contenant des ions cuivre II (Cu 2+ ). Compléter la liste du matériel nécessaire à la réalisation de cette pile. b. Lequel des deux métaux, l or ou le cuivre, sera l anode de la pile? c. Faire un schéma annoté de la pile (A). d. Donner le nom du phénomène qui a lieu au niveau de chaque électrode et écrire la demiéquation correspondante. Déduire l équation-bilan de la réaction de fonctionnement de la pile. 2. Construction de la pile (B) La pile (B) est construite avec les deux métaux : fer (Fe) et cuivre (Cu). L équation-bilan de la réaction de fonctionnement de cette pile est la suivante : Fe + Cu 2+ Fe 2+ + Cu a. Identifier l anode de la pile. b. Donner la représentation schématique de la pile (B). c. Reproduire l axe horizontal montrant le classement de la tendance des métaux à perdre des électrons et placer le fer sur cet axe. Troisième exercice : Composés organiques et matières plastiques (6 points) On donne les formules semi-développées de deux alcanes (C) et (D). CH 3 CH 2 CH CH CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 CH 3 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 Alcane (C) Alcane (D) 1. Donner le nom systématique de chacun des deux alcanes. Ces alcanes sont-ils isomères? 2. La formule moléculaire de l hydrocarbure (E) est C 3 H 6. a. À quelle classe d hydrocarbures appartient (E)? Écrire sa formule développée. b. Écrire l équation-bilan de la combustion complète de (E). 3. L éthène C 2 H 4 réagit avec l eau H 2 O. a. Écrire l équation-bilan de la réaction en utilisant les formules semi-développées. Donner le nom du produit formé et le nom de son groupe fonctionnel. b. Préciser le type de cette réaction. 4. Le polychlorure de vinyle ou P.V.C est obtenu par polymérisation du monomère (F). a. Donner le nom de (F). b. Écrire l équation-bilan de la polymérisation de (F) en utilisant les formules semi-développées. BON TRAVAIL!
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Classe de 3 e Examen 2, le 27/05/2015 Chimie Corrigé Premier exercice : Liaisons chimiques de l oxygène (7 points) 1. Représentations de Lewis des atomes Le nombre d électrons périphériques d un atome est égal au numéro du groupe de l élément correspondant. Ainsi, les représentations de Lewisdes 4 atomes sont respectivement :C (groupe IV) ; O (groupe VI) ; Mg (groupe II) et Cl (groupe VII). 2. Calcul de la masse molaire atomique de l oxygène La masse molaire atomique (M) est le quotient de la masse donnée (m) par la quantité m 4,8 de matière (n) : M 16 g/mol. Donc M(O) = 16 g/mol. n 0,3 3. a. Liaison chimique entre le magnésium et l oxygène Pour accomplir chacun son octet périphérique,l atome Mg (métal) perd 2 électrons et devient un cation Mg 2+, et l atome O(non-métal) gagne 2 électrons et devient un anion O 2-. La liaison chimique établie entre Mg et O est donc une liaison ionique. Les deux ions étant bivalents, la formule ionique du composé est (Mg 2+ ; O 2- ). b. Liaison chimique entre les deux atomes d oxygène Pour saturer chacun son dernier niveau à 8 électrons, deux atomes O mettent en commun deux doublets électroniques, établissant entre eux une liaison covalente double.la représentation de Lewis de la molécule de dioxygène est O = O. 4. Formule structurale de la molécule COCl 2 En respectant les valences des atomes C, O et Cl, on donne la formule structurale suivante : Cl C Cl O 5. Nombre d oxydation de l azote dans l ion nitrate Dans NO 3 - : n.o.(o) = -II etn.o.(n) = x. On peut écrire : x + 3 (-II) = -1 ; d où : x = 5. Donc : n.o.(n) = +V 6. Les pluies acides : effets et solution Les pluies acides nuisent à la faune et à la flore des rivières et des lacs, et rendent le sol impropre aux cultures. Pour résoudre ce problème, il faudrait réduire les rejets de gaz acides en désulfurant les combustibles ou en utilisant des pots catalytiques Deuxième exercice : Construction de deux piles électrochimiques (7 points) 1. Construction de la pile (A) a. Pour réaliser cette pile, on a encore besoin du matériel suivant : deux béchers, une lame d or, une lame de cuivre, un pont salin, des fils de connexion et un ampèremètre (voltmètre, lampe). b. L axe montre que le cuivre a une tendance à perdre des électrons plus grande que celle de l or. Donc le cuivre est plus réducteur que l or et c est lui qui sera l anode de la pile. Barème 1 ¼ pt 1/2
c. Schéma annoté de la pile Cu-Au Corrigé Barème Fil de connexion Pont salin A Ampèremètre Lame de cuivre (anode) Lame d or (cathode) 1 ¼ pt Solution contenant Solution contenant des ions Cu 2+ des ions Au 3+ d. À l anode, il y a oxydation des atomes de cuivre. La demi-équation correspondante est : Cu Cu 2+ + 2 e - ou 3 Cu 3 Cu 2+ + 6 e - À la cathode, il y a réduction des ions Au 3+. La demi-équation correspondante est : Au 3+ + 3 e - Au ou 2 Au 3+ + 6 e - 2 Au Équation-bilan : 3 Cu + 2 Au 3+ 3 Cu 2+ + 2 Au 2. Construction de la pile (B) a. D après l équation-bilan, le fer est oxydé puisque l atome Fe devient un ion Fe 2+. Donc la lame de fer constitue l anode de la pile. b. Représentation schématique de la pile (B) : Fe / Fe 2+ - pont salin - Cu 2+ / Cu c. Puisque le fer est oxydé, donc sa tendance à perdre des électrons est plus grande que celle du cuivre. Au Cu Fe Ordre croissant de la tendance à perdre des électrons Troisième exercice : Composés organiques et matières plastiques (6 points) 1. Noms systématiques des alcanes Nom de l alcane (C) : 2,3-diméthylpentane ; nom de l alcane (D) : heptane. Les deux alcanes ont pour formule brute C 7 H 16. Ils sont donc isomères. 2. Famille et combustion complète de l hydrocarbure (E) a. L hydrocarbure (E), de formule moléculaire C 3 H 6, répond à la formule générale des alcènes C n H 2n. Donc (E) appartient à la classe des alcènes. H H Sa formule développée est : C = C C H H HH b. Équation-bilan de la combustion complète de (E) : C 3 H 6 + 9/2 O 2 3 CO 2 + 3 H 2 O ou2 C 3 H 6 + 9 O 2 6 CO 2 + 6 H 2 O 3. Hydratation de l éthène a. Équation-bilan de l hydratation de l éthène : CH 2 = CH 2 + H 2 O CH 3 CH 2 OH Le produit est l éthanol. Son groupe fonctionnel est le groupe hydroxyle (- OH). b. Cette réaction est à produit unique. Elle est donc une réaction d addition. 4. Polymérisation du chlorure de vinyle a. Le monomère (F) est le chlorure de vinyle ou le chloroéthène de formule C 2 H 3 Cl. b. Équation-bilan de la polymérisation du chlorure de vinyle : n (CH 2 = CHCl) ( CH 2 CHCl ) n 1pt
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