DS 2° CHIMIE vendredi 4 décembre 2009 Calculatrice non autorisée ; durée : 2 h.
L’exercice V est en bonus.
La justification des réponses aura une large part dans la notation.
Données : charge élémentaire : e = 1,6.10-19 C ; masse du nucléon : m = 1,7.10-27 kg ; masse de l’électron : me = 9,1.10-31 kg.
I
( /11) La classification périodique simplifiée des élémentsH He
C N O Ne
Mg Ga
1) Donner la structure électronique de Mg, O et Ne.
2) Placer les halogènes (F, Cl et Br) puis les alcalins (Li, Na et K) sachant que ces éléments sont donnés par numéro atomique croissant.
3) Déduire du tableau les ions qui peuvent se former à partir des atomes Br, Mg, Na, Ne et O. Justifier les réponses.
4) Les atomes B et Al donnent les ions B3+ et Al3+ ; sachant que B précède Al, donner le numéro atomique de ces éléments, la structure électronique des ions et les placer dans la classification périodique.
5) L’ion 32S2- a pour structure électronique (K)2(L)8(M)8. En déduire la structure électronique de l’atome S et placer cet élément dans le tableau.
6) Calculer la charge et la masse de l’ion 32S2-.
II
( /2) L’élément P est dans la 3° période (ligne) et la 5° colonne.1) Combien de couches électroniques a-t-il ?
2) Combien d’électrons a-t-il sur sa dernière couche ?
3) En déduire sa structure électronique et son numéro atomique Z.
III
( /4) Les composés ioniques sont des corps constitués d’ions positifs et négatifs ; ils sont électriquement neutres donc ils ont autant de charges positives que de charges négatives.Compléter le tableau suivant :
Nom du composé Les ions qui le forment Formule statistique du composé à l’état solide sulfure de sodium Na+ ; S2-
iodure de magnésium Mg2+ ; I- chlorure de calcium Ca2+ ; Cl- oxyde d’aluminium Al3+ ;O2-
IV
( /6) On donne les ensembles et les données suivants : 1) 8 neutrons, 7 protons, 7 électrons2) 10 neutrons, 8 protons, 10 électrons 3) 8 neutrons, 8 protons, 8 électrons 4) 1 neutron, 1 proton, 0 électron.
Donner le nom de l’élément chimique correspondant à chaque ensemble. Préciser dans chaque cas s’il s’agit d’un atome, d’un anion ou d’un cation et donner sa formule.
Parmi ces ensembles, existe-t-il des isotopes ? Justifier la réponse en donnant la définition d’un atome isotope.
V
(bonus : +2) Le lithium (Li) possède deux isotopes.Le premier (abondance dans la nature : 10%) a 3 neutrons, le deuxième (90%) en a 4. Calculer (en justifiant) la masse moyenne d’un atome de lithium (exprimer le résultat avec 2 chiffres significatifs). On pose mp = mn = 1 (unité de masse).
VI
( /3) Structure électronique (en s’aidant de la classification périodique).1) Donner la structure électronique du carbone et du phosphore (P).
2) Combien de liaisons de covalence (doublets liants) peuvent former chacun de ces atomes ?
VII
( /3) Pour les molécules d’eau, de méthane et d’ammoniac, donner : 1) la représentation de Lewis,2) la représentation de Cram.
VIII
( /7) Donner la représentation de Lewis des molécules qui ont les formules brutes suivantes :C2H6, CH5N, HCN, C2H6O, COCl2, HCCl3, C3H6.
IX
( /3) Un atome de phosphore se lie avec des atomes d’hydrogène pour donner une molécule de phosphure d’hydrogène.1) Donner le nombre de liaisons de covalence possibles pour chaque atome.
2) Donner le nombre de doublets liants et non liants du phosphore.
3) Donner la représentation de Cram du phosphure d’hydrogène.
X
( /3) La molécule d’acide nitreux a pour formule HNO2.Pour chaque formule ci-dessous, dire si elle est correcte ou fausse et justifier la réponse.
XI
( /5) On donne les formules semi-développées incomplètes suivantes :1) Compléter ces formules sans modifier l’enchaînement donné et sans rajouter d’atomes.
2) Ces molécules correspondent-elles à des isomères ? Expliquer en donnant la définition de l’isomérie.
XII
( /5) Donner tous les isomères correspondant à la formule C2H4Cl2 puis à la formule C5H12.XIII
( /8) Analyse de documentUne classification : quelle histoire ?
Depuis l'Antiquité, l'Homme a cherché une explication simple à la complexité de la matière qui l'entoure. Il a d’abord pensé que les éléments se résumaient à l'eau, la terre, le feu et l'air.
En 1700, seuls douze corps simples (formés d'un seul élément) avaient été isolés (antimoine, argent, arsenic, carbone, cuivre, étain, fer, mercure, or, phosphore, plomb et soufre); en 1850 ce nombre était multiplié par cinq !
L'étude de leurs propriétés chimiques mit en évidence des analogies. Ainsi, en 1808, l'anglais Humphry DAVY révéla des propriétés communes au calcium, au strontium et au baryum. Il fit de même dix ans plus tard avec trois autres métaux : le lithium, le sodium et le potassium.
En 1817, le chimiste allemand DOBEREINER suggéra l'existence de triades d’éléments semblables tels que le chlore, le brome et l'iode.
Ces triades, caractérisées chacune par des analogies de propriétés chimiques, ne semblaient pas relever du hasard.
Vers 1860, la définition d'un système de masses atomiques offrit un critère quantitatif de classement des corps simples. Le 7 avril 1862, le français Alexandre de CHANCOURTOIS, utilisant les masses atomiques, mit en évidence une certaine périodicité dans le classement. .
il proposa un système de classification hélicoïdal et numérique qu'il baptisa vis tellurique: les éléments disposés le long d'une même verticale possédaient des propriétés chimiques voisines.
Malheureusement, cette classification comprenait aussi des corps composés (formés de plusieurs élé- ments).
Ce fut le mérite du chimiste russe Dimitri MENDELEÏEV de proposer, en 1869, la classification périodique qui porte son nom.
Classant les éléments par ordre de masses atomiques croissantes, il définit des périodes d'éléments afin de rassembler, dans une même colonne, les éléments possédant des propriétés chimiques voisines. Il fut obligé de laisser vide certaines cases de son tableau (doc. 1). En effet, on ne connaissait que 63 éléments à cette époque.
Après plusieurs ajouts, c'est enfin le chimiste américain Glenn T. SEABORG qui proposa, en 1945 la classification telle que nous la connaissons
aujourd’hui.
I II III .' IV V
Ti = 50 Zr= 90
V = 51 Nb
=
94 Cr = 52 Mo = 96 Mn = 55 Rh =104 Fe=56 Ru= 104 Ni=Co=59 Pd= 106,6H=l Cu=63,4 Ag = 108
Be=9,4Mg = 24, Zn=65,2 Cd=112
B=11 Al=27,4 ?=68 Ur= 116
C=12 Si=28 ?=70 Sb = 118
N=14 P=31 As=75 Sn= 122
0=16 S=32 Se=79,4 Te= 128
F=19 Cl=35,5 Br=80 I = 127
Li=7 Na=23 K=39 Rb=85,4 Cs = 133
Ca=40 Sr= 87,6 Ba= 137
?=45 Ce = 92
?Er = 56 La = 94
?Yt = 60 Di = 95
?In=75,6 Th= 118
Doc. 1 Reproduction d'un des premiers tableaux de D. MENDELEÏEV.
Questions
1. Au début du XIXe siècle, sur quels critères les chimistes cherchaient-ils à classer les éléments?
2. Quelle découverte fit progresser la classification, après 1860 ?
3. Pourquoi la vis tellurique de A. de CHANCOURTOIS fut-elle abandonnée ? 4. Citer deux éléments qui ne figurent pas dans la classification proposée par MENDELEÏEV. A quelle famille appartiennent-ils ?
5. Combien d’éléments naturels existe-t-il environ ?
6. Comparer atome et élément.
