Chimie Premier exercice : Retrouver quelques numéros

Collège des Saints Cœurs
Sioufi
Examen 1, décembre 2010
Classe : 3e
Durée : 55 minutes
Chimie
Cette épreuve est constituée de trois exercices.
Elle comporte deux pages numérotées 1/2 et 2/2.
L’usage de la calculatrice n’est pas autorisé.
Premier exercice : Retrouver quelques numéros atomiques (6,5 points)
1. Le nuage électronique de l’atome de mercure a une charge totale de (80-). Trouver le numéro
atomique du mercure.
2. Le calcium est un métal alcalino-terreux de la quatrième période. Trouver son numéro atomique.
3. L’ion fluorure F- et l’ion magnésium Mg2+ ont la même configuration électronique : K2 L8.
Déduire le numéro atomique du fluor et celui du magnésium.
4. Le bore est le troisième élément de la deuxième période. Trouver son numéro atomique.
Deuxième exercice : Structure de quelques molécules de solvants (5,5 points)
Un solvant est un liquide capable de dissoudre un ou plusieurs corps. Étudions la structure de trois
molécules de solvants : l’eau, le dichlorométhane et l’acétone.
Cet extrait du tableau périodique montre la classification de quelques éléments chimiques.
Groupe
1re période
2e période
3e période
I
II
III
IV
V
VI
VII
VIII
H
C
O
Cl
1. Écrire la représentation de Lewis de chacun des quatre atomes figurant dans le tableau.
2. L’eau est un solvant universel ; elle dissout un grand nombre de corps solides, liquides et
gazeux. Écrire la formule moléculaire et la formule structurale de la molécule d’eau.
3. Le dichlorométhane est un solvant liquide utilisé dans la fabrication des colles et des vernis. Sa
formule moléculaire est CH2Cl2. Proposer sa formule structurale.
4. L’acétone (ou propanone) est un solvant des colles et des vernis. Sa formule moléculaire est
C3H6O. Proposer la formule structurale de l’acétone, sachant que l’un des atomes de carbone ne
fait aucune liaison avec l’hydrogène.
1/2
Troisième exercice : Des liaisons chimiques avec le soufre (8 points)
On considère les atomes de trois éléments : le lithium, le silicium et le soufre. Leurs nuclides
28
respectifs sont : 73 Li ; 14
Si ; 32
16 S.
1. Écrire la configuration électronique de chacun des trois atomes.
2. Indiquer le groupe et la période du soufre.
3. a. Donner la masse atomique du silicium. Déduire sa masse molaire.
b. Calculer la quantité de matière contenue dans 7 g de silicium.
4. Le soufre établit avec le lithium une liaison ionique. Expliquer cette liaison. Donner la formule
ionique et la formule statistique du composé formé.
5. Expliquer la liaison chimique établie entre le soufre et le silicium. Donner la représentation de
Lewis et la formule moléculaire du composé formé.
BON TRAVAIL !
2/2
Classe de 3e
Examen 1, décembre 2010
Chimie
Corrigé
Premier exercice : Retrouver quelques numéros atomiques (6,5 points)
Barème
1. Numéro atomique du mercure
Le nuage électronique d’un atome est formé d’électrons ayant chacun une charge de
(1-). Puisque la charge totale du nuage électronique de l’atome de mercure est (80-), on
déduit que cet atome possède 80 électrons. Étant électriquement neutre, l’atome de
mercure possède également 80 protons. Le numéro atomique du mercure, correspondant
au nombre de protons, est donc : Z = 80 .
1 pt ½
2. Numéro atomique du calcium
Étant un métal alcalino-terreux, le calcium appartient au groupe II. L’atome de calcium
a donc 2 électrons périphériques. Puisque le calcium est dans la 4e période, l’atome de
calcium a donc 4 niveaux d’énergie. On déduit que la configuration électronique de cet
atome est : K2 L8 M8 N2. Ainsi, l’atome de calcium a 20 électrons et 20 protons puisqu’il
est électriquement neutre. Le numéro atomique du calcium est donc : Z = 20 .
1 pt ½
3. Numéros atomiques du fluor et du magnésium
La configuration électronique de l’ion fluorure montre qu’il a 10 électrons. Or, cet ion
s’est formé à partir d’un atome de fluor qui a gagné 1 électron. Donc l’atome neutre a
9 électrons (K2 L7) et 9 protons. On déduit que le numéro atomique du fluor est : Z = 9 .
L’ion magnésium, possédant 10 électrons, s’est formé à partir d’un atome de magnésium
qui a perdu 2 électrons. L’atome neutre a donc 12 électrons (K2 L8 M2) et 12 protons. On
déduit que le numéro atomique du magnésium est : Z = 12 .
4. Numéro atomique du bore
L’atome de bore a 2 niveaux d’énergie puisque le bore est dans la 2e période. Comme il
est le 3e élément de cette période, donc le bore est dans le groupe III et l’atome de bore a
3 électrons externes. La configuration électronique de l’atome de bore est : K2L3. Cet
atome a 5 électrons. Puisqu’il est électriquement neutre, il a également 5 protons. Le
numéro atomique du bore est donc : Z = 5 .
1 pt
1 pt
1 pt ½
Deuxième exercice : Structure de quelques molécules de solvants (5,5 points)
1. Représentation de Lewis des atomes
Pour écrire la représentation de Lewis d’un atome, on doit connaître le nombre
d’électrons périphériques de cet atome. Or, ce nombre correspond au numéro du groupe
de l’élément, donné par l’extrait du tableau périodique. Les représentations de Lewis des
4 atomes sont respectivement :
- H pour l’atome d’hydrogène ayant 1 électron périphérique (groupe I) ;
½ pt
- C pour l’atome de carbone ayant 4 électrons périphériques (groupe IV) ;
½ pt
- O pour l’atome d’oxygène ayant 6 électrons périphériques (groupe VI) ;
½ pt
- Cl pour l’atome de chlore ayant 7 électrons périphériques (groupe VII).
½ pt
2. Formules moléculaire et structurale de l’eau
Les représentations de Lewis des atomes montrent que l’atome
d’hydrogène est monovalent (valence = 1) et l’atome d’oxygène
bivalent (valence = 2). On déduit alors que la formule moléculaire de
l’eau est H2O et sa formule structurale est la suivante :
O
H
1 pt ½
H
1/2
Corrigé
Barème
3. Formule structurale du dichlorométhane
L’atome de carbone étant tétravalent (valence = 4) et les atomes
d’hydrogène et de chlore monovalents, on déduit la formule
structurale suivante :
4. Formule structurale de l’acétone
Les valences des atomes de carbone, d’hydrogène et
d’oxygène étant respectivement 4, 1 et 2, on déduit la
formule structurale suivante :
H
H – C – Cl
1 pt
Cl
H
H
H–C–C–C–H
H
1 pt
O H
Troisième exercice : Des liaisons chimiques avec le soufre (8 points)
1. Configurations électroniques des atomes
Un atome est électriquement neutre ; il a autant d’électrons (e-) que de protons (p+).
- L’atome Li a 3 p+ (Z = 3) donc 3 e-. Sa configuration électronique est K2 L1.
- L’atome Si a 14 p+ (Z = 14) donc 14 e-. Sa configuration électronique est K2 L8 M4.
- L’atome S a 16 p+ (Z = 16) donc 16 e-. Sa configuration électronique est K2 L8 M6.
2. Groupe et période du soufre
Le groupe d’un élément correspond au nombre d’électrons périphériques de l’atome de
cet élément. Puisque l’atome de soufre a 6 électrons périphériques, on déduit que le
soufre se trouve dans le groupe VI.
La période d’un élément correspond au nombre de niveaux d’énergie de l’atome de cet
élément. L’atome de soufre ayant 3 niveaux d’énergie, on déduit que le soufre se trouve
dans la 3e période.
3. a. Masse atomique et masse molaire du silicium
Le nombre de masse du silicium est 28. Donc la masse atomique du silicium est 28 u
et sa masse molaire est 28 g/mol.
b. Quantité de matière contenue dans 7 g de silicium
La quantité de matière (n) est le quotient de la masse donnée (m) par la masse
m 7
molaire (M) : n = = = 0,25 mol.
M 28
¼ pt
¼ pt
¼ pt
¼ pt
1 pt
1 pt
1 pt
1 pt
4. Liaison chimique entre le soufre et le lithium
Pour avoir le niveau K saturé à 2 e- (règle du duet), l’atome de lithium perd son unique
électron périphérique et devient un ion lithium Li+. Pour accomplir son octet
périphérique, l’atome de soufre gagne 2 e- et devient un ion sulfure S2-. Deux ions Li+ et
un ion S2- s’attirent et forment un composé ionique de formule ionique (2 Li+, S2-) et de
formule statistique Li2S.
1 pt ½
5. Liaison chimique entre le soufre et le silicium
Pour réaliser l’octet, l’atome de soufre a besoin de 2 e- et l’atome de silicium en a besoin
de 4. Un atome de silicium met alors en commun 2 de ses 4 e- célibataires avec les 2 ecélibataires d’un atome de soufre. Il s’établit ainsi 2 liaisons covalentes doubles entre un
atome de silicium et 2 atomes de soufre. La représentation de Lewis de la molécule
formée est S = Si = S et sa formule moléculaire est SiS2.
1 pt ½
2/2