20 14 7 14 7 - Université Cadi Ayyad

Université Cadi Ayyad
Faculté Polydisciplinaire
Safi
Département de Chimie
‫ﺟـﺎﻣﻌــﺔ اﻟﻘـﺎﺿـﻲ ﻋﻴـــﺎض‬
‫اﻟﻛـﻠﻴـﺔ اﻟﻣــﺘﻌددة اﻟﺘﺧﺻﺻــﺎت‬
‫أﺳﻔـــــــﻲ‬
‫ﺷﻌﺑـــﺔ اﻟﻛﻴﻣﻴـــــﺎء‬
Filière Sciences de la Matière Chimie
SMPC//S1
Module : Atomistique
Examen de la Session de Rattrapage
Janvier 2015
Durée : 1h30min
Nom et Prénom
: ....................................................................................................
Note :
N° Inscription ou CNE : ....................................................................................................
/20
Date et Lieu d’examen : ....................................................................................................
Mise en garde
En cas de fraude ou tentative de fraude, les sanctions peuvent aller de la réduction de la
note jusqu’à l’attribution de la note zéro avec exclusion de la salle d’examen. Le rapport
qui sera remis à cet effet au Conseil de Discipline de l’établissement sera étudié et
donnera lieu aux sanctions disciplinaires qui s’imposent.
Important : Documents non autorisés (tableau périodique et/ou autres) ; Correcteur "Blanco" non autorisé ;
Portable non autorisé ; Calculatrice autorisée
Barème
Questions
Note
1- Donner la définition des isotopes
Les isotopes sont des éléments ayant le même numéro atomique Z (même nombre
de proton) et le nombre de masse différent (le nombre de neutrons différent).
/2
2- Les couples ci-dessous sont-ils des paires d’isotopes ? Cocher, en justifiant, la
(les) case(s) correspondant à la bonne réponse.
14
q 14
C, N "ils n’ont pas le même Z, ils n’appartiennent pas au même élément"
6
7
7 14
q 3Li, 7 N " ils n’ont pas le même Z, ils n’appartiennent pas au même élément"
15
 14
N, N " ils ont le même Z, ils appartiennent à l’élément N"
7
7
7 15
q 3Li, 7 N " ils n’ont pas le même Z, ils n’appartiennent pas au même élément"
3- Un atome d'hydrogène initialement à l'état fondamental absorbe une quantité
d'énergie de 10,2 eV. À quel niveau se trouve-t-il alors ?
L’atome d’H à l’état fondamental absorbe une énergie de 10,2 eV déterminons le niveau m :
/1.5
En = -13,6 Z2 /n2 (Z=1)
Donc : En = -13,6 /n2 et Em = -13,6 /m2
hv = ∆Emn =Em-En = -13,6 (1/m2 – 1/n2) = 10,2 (eV)
- (1/m2 – 1/n2) = 10,2 / 13,6 = 0,75
Or : n = 1
1-1/m2 = 0,75
1/m2 = 1-0,75 = 0,25
D’ou : m2 = 4
m=2
-1-
Modèle de Bohr
m=?
hv = 10,2 eV
n=1
Signature de l’Étudiant
4- Un atome d'hydrogène initialement au niveau n=3 émet une radiation de
longueur d'onde λ = 1027 Å. À quel niveau se retrouve-t-il ?
1
ߣ
a) selon Ritz
/1.5
1/p2 = 1/n2 +
1
ߣRH
Modèle de Bohr
A.N : n = 3
RH = 1,096773 107 m-1
ߣ = 1027 Å.= 1027 10-10 m
2
1/p = 1/32 + 1/1027 10-10 x 1.096773 107
1/p2 = 0,9989
/3
= RH (1/p2 – 1/n2)
p2 = 1
n= 3
hv
p=?
p=1
5- a. Donner l’expression analytique permettant de déterminer la masse totale des
électrons d’une pièce de monnaie en cuivre.
Sachant que :
- mp = 250 10-3 kg (masse de la pièce de monnaie en cuivre)=0.25g
- MCu = 63.5 g.mol-1 (masse atomique de l’atome de cuivre)
- me = 9.109 10-28 g (masse de l’électron)
- NA = 6.022 1023 mol-1 (nombre d’Avogadro)
- ZCu = 29 (numéro atomique de l’atome de cuivre)
- Le Nombre d’Atome de cuivre "NbA(Cu)" correspondant à la masse de la pièce mp
est :
NbA(Cu) = mp(g)* NA(mol-1)/MCu(g.mol-1)
-
Le Nombre d’électron Total "Nbele-Tot" sera donc : Nbele-Tot = ZCu * NbA(Cu)
-
La masse totale des électrons de la pièce de cuivre "mtot-e (P-Cu)" est donc :
Nbele-Tot * me
-
D’où l’expression analytique suivante :
mtot-e (P-Cu) = [ZCu * mp (g)* NA(mol-1)/MCu(g.mol-1)] * me
5- b. Calculer alors cette masse totale :
mtot =
g
6- Dans l’atome de cuivre à l’état fondamental, combien d’électrons sont
caractérisés par le nombre quantique magnétique ml=+1 ? (justifier votre
réponse)
/2
Le 29Cu a la configuration électronique suivante : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1.
En explicitant les 4 niveaux de la 4ème période, on écrit :
n=1
l= 0
ml= 0
pas d’électron avec ml=+1
n=2
l= 0
ml= 0
pas d’électron avec ml=+1
l= 1
ml=-1, 0, +1
2 électrons avec ml = +1
n=3
l= 0
ml= 0
pas d’électron avec ml=+1
l= 1
ml=-1, 0, +1
2 électrons avec ml = +1
l= 2
ml=-2,-1, 0, +1,+2
2 électrons avec ml = +1
n=4
l= 0
ml= 0
pas d’électron avec ml=+1
Au total, le cuivre, dans son état fondamental, possède 6 électrons caractérisés par le
nombre quantique ml=+1.
-2-
7- En justifiant votre réponse, donner les configurations électroniques des
éléments suivants
47Ag, 42Mo, 30Zn
/3
2+
, 26Fe 2+, 26Fe3+, 33As3-
47Ag
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d9 donc l’état la plus stable est:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d10 (couche "d" totalement remplie)
42Mo
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d4 donc l’état la plus stable est:
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d5 (couche "d" à moitié remplie)
30Zn
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10
Donc
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s0 3d10 ou bien 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10
(couche "d" totalement remplie)
30Zn
2+
26
Fe
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
Donc
26
Fe 2+
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s0 3d6
ou bien
26
Fe 3+
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s0 3d5
ou bien
333As
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 (couche "d" à moitié remplie)
1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 (ayant la structure électronique du gaz rare le plus
proche : le Krypton 36Kr )
8- Expliquer pourquoi l’ion 23V5+ est plus stable que l’ion 23V2+
Les configurations électroniques de l’élément vanadium 23V et ses ions considérés V5+ et
V2+sont les suivantes :
/2
V : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3
V2+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3
V5+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6
La configuration de V5+est identique à celle de l’argon 18Ar (gaz rare), c’est-à-dire
particulièrement stable puisque que le niveau n=3 est rempli. Cet ion est donc plus stable
que V2+ qui possède 3 électrons célibataires sur 3 orbitales d.
9- Parmi les propositions suivantes relatives à la structure électronique externe de
Fe3+, cocher, en justifiant, la ou les proposition(s) exacte(s) ?
3d
/2
4s
q






Faux (voir Q.7)
q






Faux (voir Q.7)
q







q



Faux (le non Respect de la Règle de Hund)

Vrai (Respect de la Règle de Hund)


-3-
Faux (voir Q. 7)
10- a. Préciser la structure électronique, puis le numéro atomique de l’élément qui
occupe la huitième colonne et la quatrième période de la classification.
La quatrième période
n=4
La huitième colonne
l’élément possède 8 électrons dans sa couche de
valence répartis dans les niveaux 4s3d
4s23d6
On obtient donc la structure complète suivante : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6
Donc Z = 26, il s’agit de Fe.
10- b. Quel est le gaz noble le plus proche de lui dans la classification périodique ?
/3
Le gaz noble le plus proche de lui est celui qui à un Z = 18 il s’agit donc de l’Argon "Ar"
10- c. Donner la nature des deux éléments et les Positionner dans le tableau
périodique ci-dessous.
Ar
Fe
-4Signature de l’Étudiant