1 – Structure électronique des atomes, classification ... ?· 1 – Structure électronique des atomes,…

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    15-Sep-2018

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<ul><li><p>Romain Planques - Physique/Chimie - MPSI - Lyce Thiers 1 </p><p>Feuille dexercices n18 : Structure lectronique des atomes et des molcules </p><p>1 Structure lectronique des atomes, classification priodique Exercice 1 : Configuration lectronique et classification priodique : Pour chacun des lments suivants, donner la configuration lectronique et en dduire la position dans la classification priodique (n de ligne et n de colonne). Prciser galement quel bloc de la classification ils appartiennent. a) Le Strontium (Z = 38) b) Le Platine (Z = 78) c) Le Gallium (Z = 31) d) Le Xnon (Z = 54) Exercice 2 : Emission lumineuse : </p><p>On rappelle les niveaux dnergie de latome dhydrogne : </p><p>En =13,6n2</p><p>eV . </p><p>Calculez la longueur donde du photon mis par un atome dhydrogne lors de la transition du niveau n = 4 vers le niveau fondamental. A quel domaine du spectre lectromagntique ce photon appartient-il ? Donnes : </p><p>1eV =1,6.1019J , constante de Planck </p><p>h = 6,63.1034 J.s , clrit de la lumire dans le vide </p><p>c = 3,0.108m.s1. Exercice 3 : Le Vanadium et ses ions : 1) Ecrire la configuration lectronique du vanadium V (Z = 23) dans ltat fondamental. Combien dlectrons de valence le vanadium possde-t-il ? 2) En dduire sa position dans le tableau priodique (quelle ligne et quelle colonne). 3) Quel est lion le plus stable que lon peut imaginer partir du vanadium ? Justifier. 4) Cet ion est-il paramagntique ? Exercice 4 : Cations des lments de transition : Les mtaux de transition jouent un rle important dans la composition des roches lunaires, dans lesquelles on rencontre notamment les ions Fe2+, Fe3+, Ti3+, Ti4+. 1) Rappeler ce quest un lment de transition. 2) Donner la configuration lectronique des 4 ions considrs (sachant que ZFe = 26 et ZTi = 22). 3) Lequel des ions Ti3+ et Ti4+ possde la configuration lectronique la plus stable dans son tat fondamental ? 4) Mme question pour les ions Fe2+ et Fe3+. Exercice 5 : Exceptions aux rgles de remplissage : Il existe quelques (rares) exceptions aux rgles de remplissage des niveaux atomiques que lon a vues en cours. Ces exceptions sont dues au fait que les structures lectroniques avec une couche d compltement remplie (10 lectrons) ou moiti remplie (5 lectrons) sont particulirement stables. Ainsi, des atomes ayant des couches d contenant 4 ou 9 lectrons prfreront prendre un lectron dune autre couche pour en avoir 5 ou 10 dans la couche d. 1) La Chrome (Z = 24) : </p></li><li><p>Romain Planques - Physique/Chimie - MPSI - Lyce Thiers 2 </p><p> a) Sans tenir compte des exceptions qui viennent dtre voques, donner la configuration lectronique que devrait avoir le chrome dans son tat fondamental. b) Corrigez cette configuration pour tenir compte des exceptions. c) Donner les configurations lectroniques des ions Cr2+ et Cr3+ et dterminer le nombre dlectrons clibataires de ces ions. 2) Le Cuivre (Z = 29) : a) Sans tenir compte des exceptions qui viennent dtre voques, donner la configuration lectronique que devrait avoir le cuivre dans son tat fondamental. b) Corrigez cette configuration pour tenir compte des exceptions. c) Donner les configurations lectroniques des ions Cu+ et Cu2+. d) Le cuivre est-il un lment de transition (justifier). Exercice 6 : Llment Thallium : En 1861, en tudiant par spectroscopie les boues rsiduelles des chambres de plomb, racteurs de fabrication de lacide sulfurique, William Crookes observe la prsence dune raie verte intense inconnue dans le spectre dmission. Le nom thallium est donn au nouvel lment chimique responsable de cette mission en 1862, du grec thallos (rameau vert). Claude Auguste Lamy, la mme anne, isole le thallium mtallique. 1) Le noyau de thallium a pour symbole </p><p>81205Tl . Indiquez la composition du noyau de thallium. </p><p>2) Ecrire la configuration lectronique de latome de thallium dans son tat fondamental. 3) Quelle est la position de llment Thallium dans la classification priodique ? (vous justifierez brivement) 4) Quels sont les ions les plus probables quil puisse donner ? Exercice 7 : Energie dionisation : 1) Donner la configuration lectronique du lithium, du sodium et du potassium. Montrer que ces lments appartiennent la mme famille et la nommer. 2) Au moyen dun spectromtre photolectronique, on a dtermin les nergies de premire et de deuxime ionisation Ei1 et Ei2 des quatre premiers lments de la famille tudie. Les valeurs mesures sont indiques en </p><p>kJ.mol1 : </p><p> Li Na K Rb Ei1 520 496 419 403 Ei2 7298 4562 3051 2632 </p><p> On appelle nergie de premire ionisation dun atome X lnergie Ei1 ncessaire pour arracher un lectron latome en phase gazeuse, selon le processus dquation : </p><p>X(g ) X(g )+ + e </p><p>Llectron arrach lors de lionisation dun atome est llectron le plus externe de latome. Lnergie de deuxime ionisation est lnergie mise en jeu pour arracher un deuxime lectron. a) Convertir en lectronvolt eV lnergie de premire ionisation dun atome de lithium. b) Expliquer lvolution des nergies de premire ionisation au sein de la famille. c) Expliquer la diffrence dnergie observe entre Ei1 et Ei2. 3) Le csium appartient la mme famille que les lments ci-dessus. Il est situ dans la sixime priode de la classification priodique. En dduire sa configuration lectronique et son numro atomique. Donnes : Numros atomiques : ZLi = 3, ZNa = 11, ZK = 19 ; nombre dAvogadro : NA = 6,02.1023 mol-1 ; 1 eV = 1,6.10-19 J. Exercice 8 : Le germanium : Le germanium (Ge) appartient la colonne du carbone 6C et la priode du potassium 19K. Dterminer sa configuration lectronique et son numro atomique. </p></li><li><p>Romain Planques - Physique/Chimie - MPSI - Lyce Thiers 3 </p><p>2 Molcules - Solvants Exercice 9 : Reprsentations de Lewis : Donner la reprsentation de Lewis des molcules et des ions suivants : a) Sulfure dhydrogne H2S b) Peroxyde dhydrogne (eau oxygne) H2O2 c) Ttrachloromthane (solvant dont lusage tend disparatre car il est cancrigne) : CCl4 d)Hydroxylamine NH2OH e) Chlorure diode : ICl f) Ion oxonium H3O+ g) Ion ammonium NH4+ h) Phosgne (gaz trs toxique) COCl2 i) Acide cyanhydrique HCN (gaz toxique ayant lodeur damande amre) j) Ethne C2H4 k) Ozone O3 (cette molcule nest pas cyclique) l) Trichlorure dAluminium AlCl3 Exercice 10 : Espces carbones : 1) Proposez une structure de Lewis pour chacune des espces suivantes : </p><p>CO2,CH3OH,CO32 . </p><p> 2) Proposer une structure de Lewis pour le monoxyde de carbone CO (indication : votre reprsentation devra vrifier la rgle de loctet mais fera apparatre des charges formelles). Cette structure est-elle en accord avec llectrongativit des atomes ? </p><p>Exercice 11 : Quelques composs azots : Llment azote se trouve dans les engrais sous des formes trs diverses. On le rencontre notamment sous forme dions nitrate et ammonium dans le nitrate dammonium </p><p>NH4NO3. On donne les masses molaires suivantes : </p><p>M(N) =14g.mol1, M(O) =16g.mol1, M(H) =1g.mol1. 1) Le nitrate dammonium est prpar par raction entre lacide nitrique HNO3 et lammoniac NH3. a) Ecrire lquation de la raction correspondante. b) Ecrire les formules de Lewis de lammoniac et de lacide nitrique (indication : dans lacide nitrique, N est au centre, entour des 3 oxygnes, et le H est fix sur un des O). c) Calculer le pourcentage en masse de llment azote du nitrate dammonium pur. 2) Le protoxyde dazote N2O, connu pour ses proprits enivrantes (do son nom de gaz hilarant ) est obtenu par dcomposition thermique du nitrate dammonium. Proposez une formule de Lewis pour N2O. 3) La synthse de lacide nitrique fait intervenir les espces chimiques suivantes : NO, NO2, N2O4, HNO2. a) Nommer ces espces chimiques. b) Proposez une reprsentation de Lewis pour chaque espce, sachant quaucune ne fait intervenir de liaison O-O. c) NO et NO2 possdent une proprit physique particulire. Laquelle et pourquoi ? d) Lanhydride nitreux N2O3 est un compos instable : temprature ambiante, il se dcompose totalement en NO et NO2. En dduire une reprsentation de Lewis de N2O3. Exercice 12 : Autour du Silicium : 1) Ecrire la configuration lectronique du silicium (Z = 14) dans son tat fondamental. 2) quelle colonne de la classification appartient-il ? quelle priode et quel bloc appartient-il ? 3) Donner la configuration lectronique de llment X situ juste au dessus du silicium dans la classification priodique. Quel est cet lment X ? 4) Comparer les lectrongativits des deux lments X et Si. </p></li><li><p>Romain Planques - Physique/Chimie - MPSI - Lyce Thiers 4 </p><p> 5) Donner la formule de Lewis de la silice SiO2. 6) Dans leau, la silice se dissout pour donner, entre autres, lanion </p><p>SiO32 . Donner une formule de Lewis de cet </p><p>ion. Ecrire les formes msomres. 7) Les silicates se rencontrent dans un grand nombre de minraux comme le basalte. Indiquer une formule de Lewis de lanion </p><p>SiO44 . Dans chacun des deux ions, </p><p>SiO32 et </p><p>SiO44 les liaisons Si O ont toutes la mme </p><p>longueur, mais elles sont de longueur diffrente dun ion lautre. Pourquoi ? Indiquer, en le justifiant, quelle est la liaison la plus longue. On rencontre frquemment les silicates dans des structures de formules </p><p>CaxAly (SiO4 )3 . Quels ions, stables, sont obtenus facilement partir du calcium Ca (Z = 20) et de laluminium Al (Z = 13) ? Justifiez votre rponse. Dterminez les entiers x et y en justifiant votre rponse. Exercice 13 : Polaire ou apolaire ? On a schmatis ci-dessous la gomtrie de certains difices molculaires et ioniques (on a seulement fait apparatre les doublets de liaison, en omettant les ventuels doublets non liants et lacunes lectroniques). Pour chacun de ces composs, indiquez si ldifice est polaire. Si cest le cas, reprsenter le vecteur moment dipolaire correspondant. </p><p> Exercice 14 : La molcule de fluorure dhydrogne : La molcule de fluorure dhydrogne HF possde un moment dipolaire lectrique de 1,98 D. La distance H-F dans la molcule est gale 91,8 pm. Calculer le caractre ionique partiel de la liaison, cest dire la fraction de charge lmentaire que lon doit localiser sur chaque atome pour retrouver le moment dipolaire. Donnes :</p><p>1D = 3,4.1030C.m , </p><p>e =1,6.1019C . </p></li><li><p>Romain Planques - Physique/Chimie - MPSI - Lyce Thiers 5 </p><p>Exercice 15 : Tempratures de changement dtat : On a reprsent ci-dessous lvolution des tempratures dbullition sous une pression de 1 bar des composs hydrogns des lments des colonnes 14 et 17 de la classification priodique en fonction de la masse molaire molculaire du compos : </p><p> 1) Pourquoi les composs hydrogns des lments de la colonne 14 ont-ils des tempratures dbullition plus basses que celles des composs hydrogns des lments de la colonne 17 ? 2) Pourquoi la temprature dbullition augmente-t-elle de HCl HI ? 3) Interprter lanomalie apparente observe pour HF. Indication : Les composs de type AH4 des lments de la colonne 14 sont de gomtrie ttradrique. </p></li><li><p>Romain Planques - Physique/Chimie - MPSI - Lyce Thiers 6 </p><p> Exercice 16 : Extraction liquide liquide : On a indiqu dans le tableau ci-dessous les proprits de quelques solvants : </p><p> 1) Pour chaque solvant, indiquer sil est polaire et/ou protique. 2) Proposer une explication du fait que leau et lthanol soient miscibles. 3) On souhaite extraire le diiode dune solution aqueuse. Indiquer, en le justifiant, quel(s) solvant(s) seraient les mieux adapts pour raliser cette extraction. </p></li></ul>