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Épreuve de Chimie

Nom : N o : Contrôle 2, janvier 2013

Classe : 3

e

Durée : 50 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 : L'élément chlore (7 points) On trouve l'élément chlore dans plusieurs produits chimiques : le dichlore Cl 2 utilisé dans le

traitement de l'eau potable, l'acide chlorhydrique HCl utilisé pour retirer les dépôts calcaires dans

la salle de bain, l'ion hypochlorite ClO présent dans l'eau de Javel utilisée comme désinfectant et décolorant, l'ion chlorate ClO 3- présent dans le chlorate de sodium utilisé comme désherbant, ainsi que d'autres produits.

1. Le chlore est casé dans la 3

e période et la 17 e colonne. Déterminer son numéro atomique et nommer la famille chimique à laquelle il appartient.

2. On trouve deux variétés d'atomes de chlore : le chlore 35 et le chlore 37.

a. Comment appelle-t-on ces deux variétés d'atomes ? Écrire le nuclide de chacune d'elles. b. Dans quelle masse trouve-t-on la plus grande quantité de matière : de chlore 35 ou de chlore 37 ?

3. L'ion chlorure forme avec l'ion aluminium un composé ionique : le chlorure d'aluminium.

a. Expliquer la formation de l'ion chlorure et donner sa formule. b. La formule de l'ion aluminium étant Al 3+ , écrire la formule ionique et la formule statistique du chlorure d'aluminium.

4. On considère les espèces chimiques suivantes : Cl

2 ; HCl ; ClO ; ClO 3- a. Déterminer le nombre d'oxydation de l'élément chlore dans chacune des quatre espèces citées. b. Classer ces espèces chimiques par n.o. croissant de l'élément chlore. Deuxième exercice : Structure de quelques molécules (6 points) On considère les éléments suivants : H (Z = 1) ; C (Z = 6) ; N (Z = 7) et O (Z = 8).

1. Écrire la configuration électronique de l'atome de chacun de ces éléments.

2. Donner les représentations de Lewis de ces atomes. Préciser la valence de chacun d'eux.

3. Expliquer la liaison chimique établie entre le carbone et l'oxygène. Donner la formule structurale

et la formule moléculaire du composé formé. 1/2

4. Pour la molécule HOCN, deux structures sont possibles. Proposer les deux formules structurales

possibles et préciser le type de liaison covalente entre les atomes C et N dans chacune d'elles. Troisième exercice : Étude d'une réaction chimique (7 points)

On introduit un ruban de magnésium Mg dans un récipient contenant une solution concentrée en

ions argent Ag . Quelques minutes plus tard, le ruban de magnésium se couvre d'un dépôt gris d'argent solide Ag et la solution s'enrichit en ions magnésium Mg 2+

1. Nommer les réactifs et les produits dans cette réaction.

2. Déterminer les nombres d'oxydation des éléments Mg et Ag dans les réactifs et dans les

produits.

3. Quelle espèce chimique a subi l'oxydation ? Laquelle a été réduite ?

4. Désigner l'oxydant et le réducteur.

5. Écrire les demi-équations d'oxydation et de réduction ainsi que l'équation-bilan de cette

réaction.

6. Comment appelle-t-on ce type de réaction ?

BON TRAVAIL !

2/2

Classe de 3

e

Contrôle 2, janvier 2013

Chimie

Corrigé Barème

Premier exercice : L'élément chlore (7 points)

1. Numéro atomique et famille chimique du chlore

La période d'un élément correspond au nombre de niveaux d'énergie de l'atome de cet élément et le groupe correspond au nombre d'électrons périphériques de cet atome. Ainsi, l'atome de chlore a 3 niveaux d'énergie (3 e période) et 7 électrons périphériques (17 e colonne, donc groupe VII). Sa configuration électronique est : K 2 L 8 M 7 . L'atome

de chlore a donc 17 électrons. Étant électriquement neutre, il a également 17 protons. On

déduit alors que le numéro atomique du chlore, qui représente le nombre de protons, est

Z = 17.

Puisque le chlore est dans le groupe VII, donc il appartient à la famille des halogènes.

2. Les variétés d'atomes de chlore

a. Les deux variétés d'atomes de chlore sont appelées isotopes de l'élément chlore car

elles représentent le même élément. Les atomes isotopes ont même numéro atomique (Z = 17) mais différents nombres de masse (A 1 = 35 et A 2 = 37). Les nuclides de ces deux variétés d'atomes sont respectivement : 35
17 Cl et 37
17 Cl. b. La quantité de matière (n) est le quotient de la masse donnée (m) par la masse molaire (M) : Mm n=. Or, la masse molaire atomique correspond au nombre de masse

A exprimé en g/mol. Ainsi : M(

35
17

Cl) = 35 g/mol et M(

37
17

Cl) = 37 g/mol.

de chlore 35 contient :

351 n

1 =mol et de chlore 37 contient :

371 n

2 =mol.

Puisque n

1 > n 2 , on déduit que de chlore 35 contient la plus grande quantité de matière.

3. Formation du chlorure d'aluminium

a. L'atome de chlore a 7 électrons externes. Pour accomplir son octet périphérique, il gagne un électron et devient un anion de formule Cl b. Dans son ensemble, un composé ionique est électriquement neutre. Donc la formule ionique du chlorure d'aluminium est (Al 3+ , 3 Cl ) et sa formule statistique est AlCl 3

4. Calcul du n.o. de l'élément chlore et classement des espèces chimiques

a. Soient : n.o.(H) = +I ; n.o.(O) = -II ; n.o.(Cl) = x.

Dans Cl

2 n.o.(Cl) = 0 Dans HCl : x + (+I) = 0 x = -1 n.o.(Cl) = -I Dans ClO x + (-II) = -1 x = -1 + 2 = +1 n.o.(Cl) = +I Dans ClO 3 x + 3(-II) = -1 x = -1 + 6 = +5 n.o.(Cl) = +V b. Classement des n.o. par ordre croissant : -I < 0 < +I < +V Classement des espèces chimiques : HCl < Cl 2 < ClO < ClO 3- 1 pt

½ pt

1 ¼ pt

1 ¼ pt

¾ pt

¾ pt

1 pt

½ pt

Deuxième exercice : Structure de quelques molécules (6 points)

1. Configurations électroniques des atomes

Un atome est électriquement neutre : il a autant de protons que d'électrons. Les configurations électroniques des 4 atomes sont respectivement : K 1 pour l'atome d'hydrogène qui a 1 proton (Z = 1) et 1 électron ; K 2 L 4 pour l'atome de carbone qui a 6 protons (Z = 6) et 6 électrons ;

¼ pt

1 pt 1/2

Corrigé Barème

- K 2 L 5 pour l'atome d'azote qui a 7 protons (Z = 7) et 7 électrons ; K 2 L 6 pour l'atome d'oxygène qui a 8 protons (Z = 8) et 8 électrons.

2. Représentations de Lewis et valences des atomes

Dans la représentation de Lewis d'un atome, le symbole de l'élément est entouré des électrons périphériques de cet atome. La valence d'un atome correspond au nombre de ses électrons célibataires. Ainsi : Élément représenté par l'atome Hydrogène Carbone Azote Oxygène

Nombre d'électrons externes 1 4 5 6

Représentation de Lewis

H C N O

Valence (électrons célibataires) 1 4 3 2

3. Liaison chimique entre le carbone et l'oxygène

Pour réaliser l'octet, l'atome d'oxygène a besoin de 2 électrons (e ) et l'atome de carbone en a besoin de 4. Un atome de carbone met alors en commun 2 de ses 4 e célibataires avec les 2 e célibataires d'un atome d'oxygène. Il s'établit ainsi 2 liaisons covalentes doubles entre un atome de carbone et 2 atomes d'oxygène. La formule structurale de la molécule formée est O = C = O et sa formule moléculaire est CO 2

4. Formules structurales de la molécule HOCN

En tenant compte de la valence de chaque atome, la molécule HOCN peut avoir les (2) H - N = C = O (liaison covalente double entre C et N)

¼ pt

1 pt 1 pt 1 pt

1 ½ pt

Troisième exercice : Étude d'une réaction chimique (7 points)

1. Réactifs et produits de la réaction

Les réactifs sont les espèces chimiques présentes au début de la réaction. Dans cette réaction, les réactifs sont les atomes de magnésium Mg et les ions argent Ag Les produits sont les espèces chimiques obtenues à la fin de la réaction. Les produits de cette réaction sont les ions magnésium Mg 2+ et les atomes d'argent solide Ag.

2. Nombres d'oxydation des éléments Mg et Ag dans la réaction

Dans les réactifs : n.o.(Mg) = 0 (dans l'atome Mg) et n.o.(Ag) = +I (dans l'ion Ag

Dans les produits : n.o.(Mg) = +II (dans l'ion Mg

2+ ) et n.o.(Ag) = 0 (dans l'atome Ag).

3. Espèces chimiques oxydée et réduite

Les atomes Mg ont été oxydés car n.o.(Mg) a augmenté de 0 à +II durant la réaction.

Les ions Ag

ont été réduits car n.o.(Ag) a diminué de +I à 0 durant la réaction.

4. Oxydant et réducteur

L'oxydant dans cette réaction est l'ion Ag

puisqu'il a subi une réduction. Le réducteur est l'atome Mg puisqu'il a subi une oxydation.

5. Demi-équations et équation-bilan de la réaction

Demi-équation d'oxydation : Mg ĺ Mg

2+ + 2 e

Demi-équation de réduction : 2 Ag

+ 2 e

ĺ 2 Ag

Équation-bilan de la réaction : Mg + 2 Ag

ĺ Mg

2+ + 2 Ag

6. Type de réaction

Au cours de cette réaction chimique, il y a eu simultanément oxydation d'une espèce chimique (les atomes de magnésium) et réduction d'une autre espèce chimique (les ions Ag ). On déduit que cette réaction est une réaction d'oxydoréduction.

½ pt

½ pt

½ pt

½ pt

¾ pt

¾ pt

¾ pt

¾ pt

½ pt

½ pt

½ pt

½ pt

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