Corrigé de l’épreuve finale – Chimie 1 (29 – 01 - 2014) Partie A : 10 points
1-a-b-c
Atome Configuration électronique Période Groupe Dia - paramagnétique
13Al 1s22s22p63s23p1 ou [10Ne] 3s23p1 3 IIIA Paramagnétique (1 é célibataire)
30Zn 1s22s22p63s23p64s23d10 ou [18Ar] 4s23d10 4 IIB Diamagnétique (Aucun é célibataire)
47Ag 1s22s22p63s23p64s23d104p65s14d10 ou [36Kr] 5s14d10 5 IB Paramagnétique (1 é célibataire)
0,25×12
1-d Rayon de Al: r(Al) = n*2×a0/Z*
Z* = Z-i ……….
i = 2×0,35+8×0,85+2×0,35 = 9,5 et Z*(Al) = 13-9,5 = 3,5………
r(Al) = 32×0,53/3,5 = 1,36 Ǻ ………..
Rayon de Zn: i = 1×0,35+18×0,85+10×1 = 25,65 et Z*(Zn) = 30-25,65 = 4,35……….
r(Zn) = (3,7)2×0,53/4,35 ≈ 1,67 Ǻ ………
Rayon de Ag : i = 18×0,85+28×1 = 43,3 et Z*(Ag) = 47-43,3 = 3,7……….
r(Ag) = 42×0,53/3,7 = 2,29 Ǻ ………
r(Ag) ˃ r(Zn) ˃ r(Al)
L’électronégativité (χ) évolue en sens inverse du rayon atomique……….
Classement théorique de χ pour ces trois métaux : χ (Ag) < χ (Zn) < χ (Al) ………
0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 2- En réalité, ce classement est le suivant : χ (Ag) ˃ χ (Zn) ˃ χ (Al)………
Commentaire : Sans l’indication donnée dans ce sujet d’examen, je ne pense pas qu’on soit capable de proposer un tel classement. Il est connu que les propriétés physico-chimiques des atomes ne varient pas toujours de façon régulière au sein du tableau périodique. D’ailleurs, il existe plusieurs anomalies et exceptions dans ce tableau. Ceci est probablement du aux diverses inversions opérées lors de la classification des éléments chimiques………..
0,25
0,25 3- 1ère ionisation de Al : Al → Al+ + 1é Ei1(Al)= E(Al+) – E(Al) ………..
E(Al+) = 2E1s(Al+)+8E2s-2p(Al+)+2E3s-3p(Al+)………...
E(Al) = 2E1s(Al)+8E2s-2p(Al)+3E3s-3p(Al)……….
Ei1(Al)= E(Al+) – E(Al) = 2E3s-3p(Al+) - 3E3s-3p(Al)………
En = -EH×Z*2/n*2 ; Z* = Z-i
Z*(Al+) = Z*(Al) + 0,35 = 3,5 + 0,35 = 3,85………..
Ou bien Z*(Al+) = 13 – (1×0,35+8×0,85+2×0,35) = 3,85
E3s-3p(Al+)= -13,6×(3,85)2/32 = -22,4 eV ……….
E3s-3p(Al)= -13,6×(3,5)2/32 = -18,51 eV ………..
Ei1(Al)= 2E3s-3p(Al+) - 3E3s-3p(Al) = 2(-22,4)-3(-18,51) ≈ 10,7 eV………..
1ère possibilité de calcul
1ère ionisation de Ag : elle se calcule plus rapidement que celle de Zn Ag → Ag+ + 1é Ei1(Ag)= E(Ag+) – E(Ag)
E(Ag+) = 2E1s(Ag+)+8E2s-2p(Ag+)+8E3s-3p(Ag+)+10E3d(Ag+)+8E4s-4p(Ag+)+10E4d(Ag+)……….
E(Ag) = 2E1s(Ag)+8E2s-2p(Ag)+8E3s-3p(Ag)+10E3d(Ag)+8E4s-4p(Ag)+10E4d(Ag)+E5s(Ag)…………
Ei1(Ag)= E(Ag+) – E(Ag) = - E5s(Ag) ………..
Ei1(Ag)= 13,6×(3,7)2/42 ≈ 11,6 eV ………..
1ère ionisation de Zn : Ei1(Zn) = 4×Ei1(Ag)/3 ≈ 15,5 eV ……….
2ème possibilité de calcul
1ère ionisation de Zn : Zn → Zn+ + 1é Ei1(Zn)= E(Zn+) – E(Zn) E(Zn+) = 2E1s(Zn+)+8E2s-2p(Zn+)+8E3s-3p(Zn+)+10E3d(Zn+)+E4s(Zn+) E(Zn) = 2E1s(Zn)+8E2s-2p(Zn)+8E3s-3p(Zn)+10E3d(Zn)+2E4s(Zn)
Ei1(Zn)= E(Zn+) – E(Zn) = E4s(Zn+) - 2E4s(Zn) 1,25 E4s(Zn+) = -13,6 (4,7)2/(3,7)2 = - 21,94 eV
E4s(Zn) = -13,6 (4,35)2/(3,7)2 = - 18,8 eV
Ei1(Zn)= E4s(Zn+) - 2E4s(Zn) = -21,94 + 2×18,8 ≈ 15,6 eV
Ei1(Ag) = 3×Ei1(Zn)/4 = 11,7 eV 0,25
0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25
0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25
Je ne suis pas du tout d’accord avec le classement proposé par l’étudiant qui a dû commettre beaucoup d’erreurs de calculs………
Les résultats obtenus montrent clairement que : Ei1(Al) < Ei1(Ag) < Ei1(Zn) ………..
Par contre, ces résultats sont en parfait accord avec les charges nucléaires effectives des trois métaux dont les valeurs sont : Z*(Zn) = 4,35 , Z*(Ag) = 3,7 et Z*(Al) = 3,5. Il est tout à fait logique que Zn ait l’énergie Ei1 la plus grande, en raison de l’attraction noyau-électron périphérique qui est relativement plus forte que celle exercée dans le cas de Ag ou Al………...
0,25 0,25
0,25
Partie B: 7 points
1- Ces éléments ont la même période (n=3). Ils appartiennent aussi au même bloc (p) ………...
0,25 2-a-b-c
Structure de Lewis Formule V.S.E.P.R.
Arrangement Géométrie
S
Cl Cl
AX
2E
2tétraédrique
Angulaire, Coudée, en V, etc…
Cl S Cl
Cl Cl
AX
4E
Bipyramide à base triangulaire
Balançoire, à bascule,
etc…
Cl
Cl Cl S
Cl Cl Cl
AX
6Octaédrique ou bipyramide à
base carrée
Octaédrique ou bipyramide à
base carrée
0,25×12
3- a OCl2 présente une géométrie angulaire comme celle de SCl2 ……….
+2δ
b- μS-Cl S μS-Cl
α ……….
-δ Cl Cl -δ μSCl2
μSCl2
2
= μ
S-Cl2×
μ
S-Cl2+2 μ
S-Cl×μ
S-Cl ×cos α = 2 μ
S-Cl2+2μ
S-Cl2cos α = 2 μ
S-Cl2(1+ cos α) d’où
μSCl2= μ
S-Cl[2(1+cos α)]
1/2 ………cos
α = ((
μSCl2/μ
S-Cl)
2/2)-1 α ≈ 103° ………
0,25
0,25
0,25 0,25
c- Les molécules OCl2 et SCl2 ont la même géométrie angulaire avec des angles de liaison différents.
Angle Cl-S-Cl < angle Cl-O-Cl ………
Explication : χ(O) > χ(Cl) > χ(S) : il y’a plus d’encombrement électronique au niveau de Cl-O-Cl et donc plus de répulsion entre doublets liants ; l’effet des doublets non liants étant le
même dans les deux cas. Il en résulte un plus grand écartement de l’angle de la
molécule OCl2………
0,25
0,25
4-a
b- Configuration électronique de S2 :(σ3s)2(σ3s*)2(σ3z)2(π3x,π3y)4(π3x*)1(π3y*)1 ……….
c- Présence de 2 électrons célibataires S2 est une molécule paramagnétique………
Ce résultat n’était pas prévu par la théorie de Lewis qui fait apparaitre pour cette molécule uniquement 2 doublets liants et 4 doublets non liants………..
d-
OL = (nombre d’électrons des OM liantes – nombre d’électrons des OM antiliantes)/2 ………
OL = (8-4)/2 = 2 2 liaisons ……….
e- Ce nombre (OL) de liaison varie en sens inverse de la longueur de liaison (d) ……….
0,5
0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 5- Configuration électronique de Ar2 : (σ3s)2(σ3s*)2(σ3z)2(π3x,π3y)4(π3x*,π3y*)4(σ3z*)2
OL = (8-8)/2 = 0 La combinaison Ar2 ne peut pas exister ………. 0,25 Partie C: 3 points
1- Les ions de ZnS sont Zn2+ et S2- ……….. 0,25×2 2- Ag appartient à la famille des métaux de transition ………
Cl fait partie de la famille des halogènes ………
0,25 0,25 3-a-b
Cl Hybridation de Al: sp2
Géométrie : triangulaire plane Al
Cl Cl c- χ (Cl) ˃ χ (Al) μAl-Cl
μAl-Cl μAl-Cl ………..
μ1
μ1 = μAl-Cl [2(1+cosα)]1/2 = μAl-Cl (α = 120°)…..………
μAlCl3 = μAl-Cl - μ1 = 0 AlCl3 est apolaire ……….
d-
Cl Cl Cl Cl+ Cl
Al Al Al- Al-
Cl Cl Cl Cl Cl Cl+ Cl
0,25×3
0,25
0,25 0,25
0,5
