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EXERCICE 1 : Synthèse industrielle de l urée

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Academic year: 2022

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1/11 ATS Métiers de la Chimie 10/10/2020

Devoir surveillé de Chimie n°2 Partie Chimie générale / Corrigé.

E

XERCICE

1 : Synthèse industrielle de l’urée

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3/11

E

XERCICE

2 : Structures atomiques et moléculaires

A. L’élément sélénium I. Structure du noyau et isotopes

1. Des isotopes sont des atomes de même numéro atomique Z mais de nombre de masse A différent. Ils ont donc le même nombre de protons (= Z) mais pas le même nombre de neutrons (=

A- Z).

2. Calcul de la masse molaire de l’élément sélénium :

𝑀 = ∑ 𝑥𝑖𝑀𝑖

𝑖

AN : M(Se) = 0,89

100 ∗ 73,9225 +9,37

100 ∗ 75,9192 +7,63

100 ∗ 76,9199 +23,77

100 ∗ 77,9173 +49,61 100

∗ 79,9165 +8,73

100 ∗ 81,9167 = 𝟕𝟖, 𝟗𝟓𝟗𝟒 𝒈/𝒎𝒐𝒍 La masse molaire de l’élément sélénium est d’environ 79,0 g.mol-1.

3. Composition du noyau de l’isotope le plus abondant du sélénium : 3480𝑆𝑒 Z = 34 protons et A – Z = 80-34 = 46 neutrons.

II. Atome et ions

1. Ordre de grandeur du diamètre d’un atome et de celui de son noyau : 10-10 m et 10-15 m respectivement.

2. Configuration électronique de l’atome de sélénium dans son état fondamental : Se (Z = 34) : 1s² 2s2 2p6 3s2 3p6 4s² 3d10 4p4

3. Une OA ne peut décrire au maximum que 2 électrons de ms opposés (= 2 électrons appariés).

Principe d’exclusion de Pauli : deux électrons d’un même atome ne peuvent être avoir leurs quatre nombres quantiques (n, l, ml, ms) simultanément identiques (donc être associés au même quadruplet).

Une OA étant associée à un triplet (n, l, ml) donné, des électrons décrits par une même OA doivent donc différer par la valeur de leur ms. Or ms n’a que deux valeurs possibles, d’où…

4. Electrons de valence : ceux des sous-couches 4s et 4p donc 6 électrons de valence.

Electrons de cœur : tous les autres.

5. Représentation conventionnelle de chacune des OA de valence de l’atome de sélénium :

x

y

z z

y x

z

y x x

y z

4s 4px 4py 4pz

La dernière sous-couche occupée est une sous-couche 4p. La lettre « p » correspond à un nombre quantique secondaire l = 1. A cette valeur de l correspondent 3 valeurs possibles pour le nombre quantique magnétique ml : -1 ; 0 ; 1 puisque ml est en entier relatif compris entre -l et l. D’où 3 orbitales atomiques dans la sous-couche 4p.

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4/11 6. L’atome de sélénium présente 2 électrons célibataires à l’état fondamental. En effet, d’après la règle

de Hund, le remplissage de la sous-couche 4p est le suivant à l’état fondamental :

↓↑ ↓↑ ↑ ↑

4s 4p Il est donc PARAmagnétique.

7. Un quadruplet possible pour chaque électron célibataire du manganèse : (4, 1, -1, ½ ) (4, 1, 0, ½ )

III. Position dans la classification périodique des éléments 1. Place du sélénium dans la classification périodique :

Se (Z = 34) : 1s² 2s2 2p6 3s2 3p6 4s² 3d10 4p4 nmax = 4 donc 4ème période

La configuration se termine en p4 donc 4ème colonne du bloc p, soit la 16ème colonne de la classification.

2. Les deux autres éléments appartenant à la 16ème colonne et situés au-dessus de Se sont l’oxygène et le soufre.

O (Z = 8) : 1s² 2s2 2p4 S (Z = 16) : 1s² 2s2 2p63s2 3p4

3. L’élément tellure est situé dans la même colonne et juste en dessous du sélénium : il a donc la même configuration électronique de valence, avec un nmax augmenté de 1. D’où :

Te : 1s² 2s2 2p6 3s2 3p6 4s² 3d10 4p6 5s² 4d10 5p4 => Z = 52 4. Polarisabilité

4.1. La polarisabilité  d’un atome mesure l’aptitude de son nuage électronique à se déformer sous l’action d’un champ électrique extérieur.

Elle diminue de gauche à droite le long d’une période et augmente lorsqu’on descend dans une colonne de la classification.

4.2. Plus un atome a un grand rayon, plus les électrons de valence sont éloignés du noyau, donc moins ils sont fortement attirés par ce dernier, et donc plus ils sont sensibles à l’action d’un champ électrique extérieur : un atome est donc d’autant plus polarisable qu’il est volumineux.

D’où, d’après les données de rayons atomiques :

(Ga) > (Se).

B. Etude de quelques édifices polyatomiques 1. Géométries :

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5/11 2. Formules mésomères :

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6/11 3. Le premier composé n’est pas cyclique donc il n’est pas aromatique.

Le second (phénol) présente 6 (= 4 * 1 + 2) électrons délocalisés DANS un cycle plan donc il est aromatique d’après le critère de Hückel (n = 1 ∈ℕ). Rq : il y a 2 autres électrons qui sont délocalisés (ceux du doublet non liant de l’oxygène) mais ils ne le sont pas dans le cycle, donc on ne les comptabilise pas dans les 4n+2.

Le troisième (benzaldéhyde) présente aussi 6 (= 4 * 1 + 2) électrons délocalisés dans un cycle plan donc il est aromatique d’après le critère de Hückel.

4. La molécule d’ozone (3*6 = 18 électrons de valence soit 9 doublets) est décrite par l’ensemble des 2 formules mésomères suivantes, équivalentes donc de même poids statistique :

Ces formules mésomères traduisent l’équivalence des deux liaisons O-O, d’où leur longueur identique, comprise entre celle d’une double liaison O=O localisée et celle d’une simple liaison O-O localisée.

Selon la méthode VSEPR cette molécule est coudée (AX2E1) : O O

O En représentant l’hybride de résonance, on a :

O O

O

-1/2 -1/2

O O

1/2 O 1/2

O O

O

µ𝟎

⃗⃗⃗⃗ = µ⃗⃗⃗⃗ + µ𝟏 ⃗⃗⃗⃗ ≠ 𝟎𝟐 ⃗⃗

La molécule d’ozone est donc polaire.

O O O O O O

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7/11 EXERCICE 3 :Cinétique de réduction des ions Hg2+ par les ions Fe2++

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XERCICE

4 : Cinétique d’une thermolyse en phase gazeuse

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