Stage de Pré-rentrée de Paris VI Chimie Générale Correction des exercices : Atomistique et liaisons chimiques 30/08/2013 1
Exercice 1 : La structure de l atome Elément Nom Nombre de masse Numéro atomiqu e Nombre de nucléons = nombre de masse Nombre de neutrons = A-Z Nombre d électro ns = nombre de protons = Z (35,17)Cl Chlore 35 17 35 18 17 35 (16,8)O Oxygène 16 8 16 8 8 16 (4,2)He Hélium 4 2 4 2 2 4 (7,3)Li Lithim 7 3 7 3 3 7 (28,14)Si Silicium 28 14 28 14 14 28 Masse molaire (u) La masse molaire correspond au nombre de masse A! 30/08/2013 2
Exercice 2 : Masse molaire 1- On utilise la formule m = n x M : Attention! Pour les molécules, M(molécule) = Σ M(atomes composant la molécule) m(h) = 1,5 x M(H) = 1,5 x 1 = 1,5 g m(o) = 1,5 x M(O) = 1,5 x 16 = 24 g m(h2o) = 1,5 x M(H2O) = 1,5 x (1+1+16)= 27 g m(sio2) = 1,5 x M(SiO2) = 1,5 x (28 + 2x 16) = 90 g m(ch4) = 1,5 x M(CH4) = 1,5 x (12+ 4x1) = 24 g 30/08/2013 3
2-1ère méthode : on utilise la somme des masses molaires des atomes constituants la molécule M(CHCl3) = M(C) + M(H) + 3 x M(Cl) = 12 + 1 + 3 x 35 = 118 g/mol 2ème méthode : on utilise la formule M = m/n = 472/4 = 118 g/mol. 30/08/2013 4
Exercice 3 : Isotopes On peut résoudre par un petit système de deux équations (qui revient très vite à une équation a une inconnue). On a (12x + 13y)/100 = 12,01 et x + y = 100 (avec x l abondance relative du carbone 12 et y l abondance relative du carbone 13) On a y = 100 x et (12x + 13(100 x))/100 = 12,01 12x + 1300 13x = 100*12.01 -x = 1201 1300 x = 99 D où y = 100 x = 100 99 = 1. On a donc 99% de 12 C et 1% de 13 C. 30/08/2013 5
Exercice 4 : Nombres quantiques A- FAUX. Il est compris entre 0 et n-1. B- FAUX. ms représente le nombre magnétique de spin c est-à dire l orientation de l électron au sein de l orbitale (il en existe deux : +1/2 et -1/2). C est ml qui définit l orientation spatiale de l orbitale C- VRAI. On a 29 Cu 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 / 3d 10 4s 1 donc n=4, l = n-1 = 0 (sous couche s), ml est compris entre l et +l, on a donc ml=0 et on peut avoir ms = + ou ½. D- VRAI. E- FAUX. ms = +1/2 ou -1/2 selon l orientation de l électron. 30/08/2013 6
Exercice 5 : Structure électronique Structure électronique Nombre d électrons de cœur Nombre d électrons de valence Electrons célibataires? 6C 1s 2 2s 2 2p 2 2 4 Oui, 2 8O 1s 2 2s 2 2p 4 2 6 Oui, 2 20Ca 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 (3d 0 ) 4s 2 18 2 Non 24Cr 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 5 4s 1 Exception à la règle de Klechkowski 18 6 Oui, 6 26Fe 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 6 4s 2 18 8 Oui, 4 30/08/2013 7
Structure électronique Nombre d électro ns de cœur Nombre d électron s de valence Electro ns célibat aires? 29Cu 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 Exception à la règle de Klechkowski 18 11 Oui, 1 Cu + On écrit TOUJOURS en premier la structure électronique à l état fondamental, puis on retire les électrons de la couche la plus externe (n le plus grand) 29Cu : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 1 Donc Cu + : 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 0 18 10 Non Cu 2+ 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 9 4s 0 18 9 Oui, 1 31Ga 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 4s 2 4p 1 18 13 Oui, 1 30/08/2013 8
Exercice 6 : Energie d ionisation 1- L énergie d ionisation augmente de gauche à droite dans une période : c est l effet de charge, et de bas en haut dans une colonne c est l effet distance. 2 Cette affirmation est vraie : - dans une ligne, l EI augmente lorsqu on va vers la droite, c est l effet charge. - dans une colonne, l EI diminue lorsqu on descend, c est l effet distance (on observe plus de couches et les électrons de la couche externe sont en effet plus éloignés, et donc plus libres). 3- EI(Cs) < EI (Ba) < EI (Mg) < EI (C) < EI (N) < EI (Ne) Comme Mg et Ba ont 2 électrons de valence, ils sont donc dans la deuxième colonne, et Ba est plus bas, car il possède un numéro atomique plus important (56). Cs a pour numéro atomique 55, il se trouve donc juste à gauche de Ba, 30/08/2013 9 dans la première colonne.
Exercice 7 : Caractéristiques électroniques A- VRAI. B- FAUX. On a bien l effet de charge dans une même période, mais on a r (C) > r (N). En effet lorsqu on va vers la droite dans une même période le nombre de protons augmente (z augmente), la force d attraction noyau-électrons périphériques augmente et la distance noyau-électron diminue. Et on a bien l effet distance dans une même colonne, mais on a r(c) < r (Si) car le nombre de couches électroniques augmente et donc la distance noyau-électrons périphérique augmente. C-FAUX. C est la définition de l électronégativité. L énergie d ionisation est l énergie nécessaire pour arracher un électron à un élément. D-FAUX. C est l opposé de l énergie de fixation. E-VRAI. 30/08/2013 10
Exercice 8 : Electronégativité 30/08/2013 11
Exercice 9 : Structure de Lewis Rien de bien compliqué pour les deux premiers. Le fluor, appartenant à la famille des halogènes, a une valence de 7. Idem pour le chlore. Devant le doute, toujours utiliser la formule pour déterminer le nombre de doublets présents dans la molécule. 30/08/2013 12
Avec ClPO2, les choses se gâtent. Ne pas oublier que le phosphore est un atome hypervalent. Il est donc libre de ne pas respecter la règle de l octet. Il possède 5 électrons de valence (cf Klechkowski), et peut donc former 5 liaisons. A l aide de la formule magique, on trouve que 12 doublets doivent être formés dans cette molécule. La solution est dessinée ci-dessous. 30/08/2013 13
SO2 n a rien de compliqué. Ne pas oublier les charges, car c est une liaison dative! 30/08/2013 14
H3O+ reste très logique aussi, mais on peut être perturbé par le fait que ce soit le O qui porte la charge +. En fait, l oxygène joue ici le rôle d une base de Lewis. Il donne un de ses électrons du doublet à un ion H+, et gagne donc une charge +. 30/08/2013 15
ClO 4 - est le plus bizarre, mais c est un exemple du cours! Le chlore en position centrale, est relié à chaque oxygène par une liaison simple. Les 4 O récupèreront donc une charge -. Oui mais le chlore est un atome qui ne donne en théorie qu une seule liaison. Du coup le chlore qui donne 4 liaison au lieu d une, récupère 3 charges +. 4 3 = 1, le compte est bon. 30/08/2013 16
Exercice 10 : Moment dipolaire et pourcentage ionique A- FAUX. A cause de l unité qui doit être en C.m et non pas en C tout court! Le résultat est bon en revanche. (μ = e.d = 1,6 x 2 x 10-29 ). B- VRAI. On peut soit convertir le résultat précédent en Debye (en multipliant par 3 et en divisant par 10-29 ), soit recalculer μ = 4,8 d, d étant en Angström. C- FAUX. Cf B. D- FAUX. Attention, on demande le pourcentage ionique et non le coefficient δ des charges partielles. Le pourcentage est donc (μréel / μionique) x 100 = (0,4 x 10-29 / 3.2 x10-29 ) x 100 = 12,5%. E- VRAI. Cf D. 30/08/2013 17
Exercice 11 : Liaisons faibles A- VRAI. L interaction se fait entre un dipôle instantané et un dipôle induit. Le dipôle instantané peut être apolaire en théorie, mais du fait du mouvement aléatoire de ses électrons, il peut se transformer en dipôle pendant une fraction de seconde et avoir des interactions. B- FAUX. Seules les interactions de London sont indépendantes de la température. C- FAUX. Elles sont INVERSEMENT proportionnelles. D- VRAI. Elle sera très stable et requerra beaucoup d énergie pour s évaporer. E- FAUX. La molécule sera très polarisable, au contraire. 30/08/2013 18
Exercice 12 : Configuration VSEPR A- VRAI. B- FAUX. H 2 O est une molécule AX 2 E 2, qui est bien une molécule angulaire. C- VRAI. Xe est hypervalent et possède 3 doublets. Les atomes de fluor se placent alors sur un axe orthogonal au plan formé par les doublets. D- FAUX. Déjà parce qu il faudrait être AX 5 (et non pas AX 4 ) car 5 atomes de fluor sont liés au brome, ensuite parce que le Br n a pas de doublets. E- VRAI. Les 4 atomes se placent dans un plan, les deux doublets sur un axe perpendiculaire. 30/08/2013 19
La Chimie Générale c est fini On espère que ce premier aperçu vous servira à bien aborder les cours de Gédéon (prof de chimie G). On se retrouve dès mardi avec un premier cours de Chimie O(rganique)! (Youpi!!) Bon Week-end! Pour toute question : posez-les sur le Forum (forum.cemp6.org) Tutorat > UE1 30/08/2013 20