Travaux de vacances Classe de troisième Collège Saint-Grégoire Collège Notre-Dame de Jamhour Département de chimie Fiche n°1 Structure de l’atome Exercice I : A la recherche d’un atome Un atome ayant 11 électrons a une masse égale à 38,41 × 10-27 kg. 1. Calculer le nombre de nucléons de cet atome. 2. En déduire son nombre de protons et de neutrons. 3. Donner son nuclide. 4. a) Quelle est la charge de son nuage électronique ? b) Déduire celle de son noyau. 5. L’ion de cet atome porte une charge positive (1+). a) De quel ion s’agit-il ? b) Calculer la charge du noyau de cet ion. Données : m(proton) = m(neutron) = 1,67.10-24 g ; charge (proton) = e Exercice II : Un ion chrome Un ion de chrome porte la charge q ion = + 4,8 x 10 – 19 C. Son noyau contient 28 neutrons et a une charge q noyau = + 38,4 x 10 – 19 C. 1. Calculer le numéro atomique de cet ion. 2. Calculer son nombre de nucléons. 3. Déterminer le nombre d’électrons dans le cortège électronique de cet ion. 4. Donner le symbole de cet ion. Données : la charge élémentaire e = 1,6.10-19 C ; Symbole de l’élément chrome : Cr Exercice III : Etude d’un atome Le noyau d’un atome X porte une charge totale de 1,28 × 10-18 C. 1. Déterminer le numéro atomique de X. 2. En déduire son nombre de masse s’il a autant de neutrons que de protons. 3. Donner son nuclide. 4. Quelle est la charge de son nuage électronique ? 5. L’ion de cet atome porte 2 charges négatives (2-). a) De quel ion s’agit-il ? b) Calculer la charge du noyau de cet ion. Donnée : charge (proton) = 1,6.10-19 C 1 Travaux de vacances Classe de troisième Exercice IV : Magnésium 1. Soit un atome de magnésium caractérisé par les nombres : Z = 12 et A = 26. Représenter le nuclide de cet atome en précisant le nombre de protons, électrons et neutrons. 2. a) Calculer la masse de son noyau : mnoyau. b) Quelle est la masse de l’atome. Justifier la réponse. 3. On considère à présent 2 atomes caractérisés par les couples (Z,A) suivants : (12,24) et (12,25). a) Que peut-on dire de ces 2 atomes ? Pourquoi ? b) Calculer leur masse atomique moyenne sachant que : 24 Mg 79 % 25 Mg 10 % 26 Mg 11 % Donnée : m(proton) = m(neutron) = 1 u Exercice V : Charge d’un atome Le noyau d’un atome X porte une charge globale de +3,2×10-18 coulomb. Cet atome contient 20 e-. 1. Déterminer le numéro atomique de X. En déduire son nombre de masse s’il contient autant de neutrons que de protons. 2. Quelle est la charge de son nuage électronique ? En déduire sa charge globale. Que pouvez-vous conclure ? Donnée : charge (proton) = e = 1,6.10-19 C Exercice VI : Atome et ses particules Un atome X a pour masse 2,338×10-26 kg. 1. Combien de nucléons existe-t-il dans son noyau ? 2. Trouver son numéro atomique sachant qu’il renferme autant de protons que de neutrons. 3. Donner le nuclide de cet atome. Donnée : m(proton) = m(neutron) = 1,67.10-27 kg 2 Travaux de vacances Classe de troisième Collège Saint-Grégoire Collège Notre-Dame de Jamhour Département de chimie Fiche n°2 La mole Exercice I : La mole en biologie Le calcium est un élément chimique indispensable à la bonne croissance des os. Une personne de 15 ans a besoin en moyenne d’une dose journalière de 1,9×10-2 mol d’atomes calcium. 1. Quel est le nombre d’atomes qu’on retrouve dans chaque dose ? 2. Rami, âgé de 14 ans, consomme chaque jour 0,9 g de calcium. Est-ce suffisant ? Donnée : Le nuclide de l’atome de calcium : 40 20 Ca Exercice II : La mole en biologie L’élément phosphore, réputé excellent pour la mémoire, est présent dans de nombreux aliments (soja, chocolat, poisson,…). Un adolescent a besoin de 1395 mg de l’élément phosphore par jour. Cette masse est équivalente à 45×10-3 mol d’atomes phosphore. 1. Calculer la masse molaire atomique du phosphore. 2. Déterminer le nombre d’atomes qui correspond à 0,5 mol d’atomes P. 3. Une fille âgée de 15 ans, consomme quotidiennement 4.1022 atomes de phosphore. Est-ce suffisant ? Exercice III : Echantillons à comparer Quel est l’échantillon qui contient la plus grande quantité de matière ? 1. 3,6 × 10-3 kg de carbone (C) 2. 6400 mg de soufre (S) 3. 9,03 × 1022 molécules de glucose (C6H12O6) Justifiez votre réponse. Données : 12 6 C ; 32 16 S Exercice IV : Masse de l’atome sodium Un bracelet en argent a une masse de 200 g. Calculer le nombre d’atomes d’argent dans ce bracelet. Donnée : Le nuclide de l’atome d’argent : 107 47 Ag 1 Travaux de vacances Classe de troisième Exercice V : La mole en économie Un bijoutier propose pour le même prix 2 colliers en or : le premier qui a une masse de 2 kg et le second qui contient 10 moles d’atomes or. Quel est le meilleur choix économique ? Justifiez votre réponse. Donnée : Le nuclide de l’atome d’or : 197 79 Au Exercice VI : L’élément carbone L’élément carbone est l’un des éléments les plus abondants dans la nature. L’atome de carbone possède un numéro atomique Z = 6 et un nombre de masse A = 12. 1. Un élève écrit son devoir au crayon mine. Il constate que, une fois le devoir fini, la masse de son crayon mine a diminué de 6 mg. Sachant que la mine du crayon est constituée de carbone pur, calculer la quantité de matière qui a servi à écrire ce devoir. 2. Calculer la masse d’une mine de crayon contenant 3,01.1023 atomes de carbone. Donnée : Nombre d’Avogadro NA = 6,02.10 23 Exercice VII : Une pépite d’or La plus grosse pépite d’or trouvée en France a une masse m = 543 g. 1. Calculer la masse m Au d’un atome d’or (Z = 79 ; A = 197). 2. Combien d’atomes d’or N contient cette pépite ? 3. Déterminer la quantité de matière d’or contenue dans cette pépite. Données : Constante d’Avogadro : NA = 6.1023 ; masse d’un nucléon = 1,67.10-27 kg 2 Travaux de vacances Classe de troisième Collège Notre-Dame de Jamhour Collège Saint-Grégoire Département de chimie Fiche n°3 Classification périodique Exercice I : Le magnésium Le magnésium est un élément chimique métallique. Il est très léger, d'aspect blanc-argenté. Il se ternit légèrement une fois exposé à l'air. En poudre, ce métal s'échauffe et s'enflamme spontanément par oxydation avec le dioxygène de l'air. Il brûle avec une flamme blanche très lumineuse, d'où son utilisation pour les flashs. Le symbole de son atome est : Mg. 1. Donner sa configuration électronique. 2. Le situer dans la classification périodique. 3. Nommer son groupe. 4. Quelle est la représentation de Lewis de l’atome magnésium ? 5. Déduire sa valence. Exercice II : Un élément X Un élément X appartient à la 2° période et à la 17ème colonne de la classification périodique. Donner son numéro atomique Z et la représentation de Lewis de son atome. Exercice III : A la découverte d’éléments chimiques 1. Un métal alcalin X appartient à la 4° période du tableau périodique. Identifier cet élément. 2. Identifier le métal alcalino-terreux situé juste à côté de X. Exercice IV : Tableau périodique L’atome X est capable de perdre 1 électron pour avoir la configuration électronique suivante : K2L8. 1. Quel est son nombre de protons ? En déduire son numéro atomique. 2. A quel groupe et à quelle période appartient X ? Exercice V : Un élément X à découvrir L’ion X- possède autant d’électrons que l’atome Argon. 1. Déterminer le numéro atomique et le nom de l’élément X. 2. Ecrire la configuration électronique de l’atome X. 3. Donner sa représentation de Lewis. 4. A quelle famille appartient-il ? 5. Un élément E appartient à la même période que X et possède la même valence. Identifier E. Donnée : Ar Travaux de vacances Classe de troisième Collège Saint-Grégoire Collège Notre-Dame de Jamhour Département de chimie Fiche n°4 Les liaisons chimiques Exercice I : Composé inconnu 1. Un élément Y inconnu appartient à la même période que le magnésium (12Mg) et son schéma de Lewis est : Y∙. a) Ecrire la configuration électronique de l'atome Mg. b) Identifier l'élément Y. 2. Un élément X appartient à la même période que Y et a la même valence. Identifier X. 3. Indiquer la nature de la liaison qui pourrait lier (X) et (Y). Exercice II : Le fluorure d’hydrogène Le fluorure d’hydrogène est un liquide qui attaque le verre. Il est utilisé dans la « gravure sur verre ». On se propose de comprendre et d’interpréter la formation de la molécule HF du fluorure d’hydrogène, à partir des configurations électroniques des atomes d’hydrogène et du fluor. Les numéros atomiques des éléments hydrogène et fluor sont respectivement 1 et 9. 1. Pour chacun des atomes H et F : a) Ecrire la configuration électronique. b) Ecrire la représentation de Lewis. c) Donner la valence. 2. En se basant sur ce qui précède, indiquer le type de la liaison qui pourrait s’établir entre les atomes H et F. Exercice III : Éléments nutritifs importants aux plantes Pour se développer, les plantes absorbent du sol l’eau et les éléments nutritifs. Trois éléments nutritifs importants aux plantes sont : l'azote, le phosphore et le potassium. L'azote aide les plantes à développer les feuilles, le phosphore est nécessaire au développement sain des racines et le potassium aide les plantes à résister aux maladies et à combattre la sécheresse. 1. Indiquer l'élément nécessaire au développement sain des racines. 2. Écrire la configuration électronique de chacun des atomes, azote, phosphore et potassium puis préciser leur valence. 3. Déduire la position dans le tableau périodique de chacun des éléments cités ci-dessus. 4. Donner la représentation de Lewis de la molécule de diazote (N2) et indiquer le type de liaison dans cette molécule. Données : ; ; 1 Travaux de vacances Classe de troisième Exercice IV : L’iodure de calcium L’iodure de calcium est un composé ionique. Sa formule statistique est CaI2. 1. Ecrire la formule de l’ion calcium (Ca : Z=20). Justifier la réponse. 2. En déduire la formule de l’ion iodure. Justifier la réponse. 3. Donner la représentation de Lewis de l’iodure de potassium (sans justification). Exercice V : Molécule et composé ionique Soient : un atome A de calcium 20 Ca , un ion B de nitrate NO3- et un composé D organique C2H4O2 ayant comme représentation de Lewis : _ _ H – O – C = C– O – H ¯ | | ¯ H H 1. Ecrire la configuration électronique, puis la représentation de Lewis de A. 2. Quel type de liaison peut faire A généralement ? Justifier la réponse. 3. Ecrire les formules statistique, ionique du composé formé par l’union de A et de B (sans aucune justification). 4. D’après la représentation de Lewis du composé D, quelles sont les valences de H, C et O ? Justifier la réponse. 5. Proposer 1 autre représentation de Lewis du composé D. 2 Travaux de vacances Classe de troisième Collège Saint-Grégoire Collège Notre-Dame de Jamhour Département de chimie Fiche n°5 Electrochimie Exercice I : Nombre d’oxydation Déterminer le nombre d’oxydation (n.o) de l’élément chlore dans chacune des espèces suivantes : Cl2 - Cl- - HCl - ClO- - AgCl - ClO3 - Exercice II : Réactions rédox Soient les réactions suivantes : N2 + 3 H2 → 2 NH3 NH3 + H3O+ → NH4+ + H2O 2 H2O + Mg → Mg2+ + 2 OH- + H2 2 H3O+ + Zn → Zn2+ + H2 + 2 H2O 1. Ces réactions sont-elles redox ? 2. Pour chaque réaction redox, identifier l'oxydant et le réducteur. 2 Cr2O72- + 3 C2H6O + 16 H+ → Identifiez l’oxydant et l’élément oxydé. 4 Cr3+ + 3 C2H4O2 + 11 H2O 16 H+ + 2 MnO4- + 5 C2O42- → 2 Mn2+ + 10 CO2 + 8 H2O Identifier le réducteur et l’élément réduit. 2 MnO4 - + 5 SO2 + 2 H2O → 2 Mn2+ + 5 SO42- + 4 H+ Identifiez l’élément réducteur et l’espèce réduite. Cl2 + 2OH- → Cl- + ClO- + H2O Identifiez l’espèce qui a subi une oxydation et l’élément qui a gagné des électrons. 2 H2O2 → O2 + 2 H2O Identifiez l’espèce qui a subi une réduction et l’élément qui a perdu des électrons. 1 Travaux de vacances Classe de troisième Exercice III : Réaction rédox Un élève plonge, pendant quelques instants, une plaque de plomb Pb(s) dans une solution limpide, puis la ressort : la plaque apparaît toute dorée ! 1. Expliquer ce phénomène. 2. Ecrire les demi-équations correspondantes. 3. Ecrire l'équation de la réaction qui s'est réellement produite. 4. Identifier l’élément oxydant et l’espèce qui a gagné des électrons. Données : Le plomb Pb(s) est plus réducteur que l'or Au(s), leurs ions correspondants sont Pb2+(aq) et Au3+(aq). Exercice IV : Electrolyse de l’eau Le schéma ci-dessous représente le dispositif expérimental de l’électrolyse de l’eau additionnée d’une solution d’acide chlorhydrique (H+(aq) + Cl-(aq)). 1. 2. 3. 4. Annoter ce dispositif. Ecrire la demi-équation électronique de la réaction qui a lieu au niveau de l’anode. Ecrire l’équation-bilan de la réaction. Montrer que c’est une réaction d’oxydoréduction. Exercice V : Chromage d’un plateau métallique On désire chromer un plateau métallique en fer. 1. Schématiser et annoter le dispositif expérimental en précisant l’anode, la cathode et le sens de déplacement des électrons et des ions dans la solution. 2. Ecrire les demi-équations électroniques des réactions qui ont lieu au niveau des électrodes. 3. Indiquer comment varie la concentration de la solution en ions Cr3+. Justifier la réponse. 4. Citer deux utilités du dépôt électrolytique. Données : Chrome : Cr ; Ions chrome : Cr3+ 2 Travaux de vacances Classe de troisième Exercice VI : Pile électrochimique On réalise une pile avec le matériel suivant : - Plaque de fer Fe - Solution aqueuse de nitrate de fer II - Pont salin de nitrate de potassium - Plaque d’or Au Solution aqueuse de nitrate d’or 1. Un voltmètre dont la borne « V » est reliée à la plaque d’or et la borne « COM » à la plaque de fer indique une tension positive. Préciser la position de chaque pôle de la pile. 2. Schématiser la pile réalisable au laboratoire avec le matériel donné. 3. Identifier la cathode et l'anode. 4. Ecrire les demi-équations électroniques propres aux phénomènes produits aux électrodes. 5. Ecrire l'équation de la réaction de fonctionnement de la pile. 6. Donner la représentation symbolique de cette pile. 7. Citer et expliquer les changements qui ont lieu dans chacune des demi-piles après que la pile ait débité un courant électrique. 8. Quel est le rôle du pont salin ? Exercice VII : La bonne pile On veut réaliser une pile Zinc - Argent. 1. Parmi les différents schémas proposés ci-contre, indiquer celui qui convient. 2. Expliquer en quoi les autres montages sont incorrects. 3. Indiquer la polarité de cette pile et repérer la cathode et l'anode. 4. Ecrire les réactions qui ont lieu aux électrodes et l'équation de la réaction de fonctionnement de la pile. 5. Comment évolue la masse de chaque électrode au cours du fonctionnement de la pile ? Justifier. 6. Indiquer le sens de circulation des électrons ainsi que le sens conventionnel du courant. 7. Donner la représentation symbolique de cette pile. 3
