QCM et exercices corrigés de chimie générale et organique - Université Batna-2

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET
POPULAIRE
MINISTÉRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA
RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE BATNA-2
FACULTE DE MEDECINE ;
DEPARTEMENT DE MEDECINE ;
POLYCOPIE
QCM ET EXERCICES CORRIGES
DE CHIMIE GENERALE
ET ORGANIQUE
A l’usage des étudiants de la première année médecine
Rassembler et Elaborer par :
Dr. HAFIED Meriem
Année Universitaire 2021/2022
PREFACE
Le présent polycopié (QCM et Exercices Corrigés de Chimie Générale et Organique) que je
présente est un support pédagogique destiné essentiellement aux étudiants de la
première année médecine et pourra aussi être utile pour les étudiants de la première
année pharmacie et chirurgie dentaire. Ce polycopié sert à mieux saisir la chimie générale
et organique via des exercices ou de QCM appropriés.
Les objectifs de ce polycopié sont :
•
D’approfondir les concepts de chimie générale et organique de base et se
familiariser avec le calcul des différents paramètres.
•
Compléter sa connaissance des concepts de base de chimie générale et organique
par des applications numériques qui touchent plusieurs exemples.
Dr. HAFIED Meriem
Maitre de Conférences Classe-A
Département de Médecine ; Faculté de Médecine ; Université Batna-2
Email : [email protected]
SOMMAIRE
PREFACE…………………………………………………………………………………………………………………P 2
I.
CHIMIE GÉNÉRALE
TD N°01 : Constitutions de l’atome ; isotopes, spectre de l’atome d’hydrogène ; les ions
hydrogénoïdes……………………………………………..............................................................P 4
TD N°02 : L’onde de Debroglie, les nombres quantiques ; les règles de remplissage……P 9
TD N°03 : Configuration électronique ; le rayon atomique, l’énergie de la première
Ionisation ; l’électronégativité………………………………..………………………………..P 17
TD N°04 : Liaisons Chimiques ; schéma de Lewis ; l’hypervalence ; moment
dipolaire ; caractère ionique ; polarité des liaisons ; diagramme
molécules
diatomiques ;
hybridation ;
règle
de
énergétique des
Gillespie ;
géométrie
moléculaire……………………………………………………………………………………………………...…… P 24
TD N°05 : Premier principe de la thermodynamique ; Calcul du travail, Calcul de
l’enthalpie ∆H ; l’énergie interne ∆U ; énergie de liaison…….…………………….P 39
TD N°06 : Deuxième principe de la thermodynamique ; l’entropie ∆S ; l’enthalpie libre
∆G ; constante d’équilibre ; pressions partielles ; loi de Lechatelier……………..P 49
TD N°07 : Equilibres Acido-Basiques ; acide ; base ; réaction acido-basique, notion de
pH ; neutralisation ; solubilité S ; constante de solubilité Ks…………………….…..P 60
TD N°08 : Equilibres d’Oxydo-Réductions ; oxydation ; réduction ; nombre d’oxydation ;
réaction d’oxydo-réduction ; loi de Nernst ; pile Daniel…………………………...P 70
TD N°09 : La cinétique Chimique ; vitesse d’une réaction ; constante de vitesse ; temps de
Demi-réaction ; ordre de réaction………………..…………………………………………P 78
II.
CHIMIE ORGANIQUE
TD N°10 : Nomenclature des Composés Chimiques Organiques……………………………….P 84
TD N°11 : Isomérie-Stéréochimie ; isomères plan ; Conformères ; stéréo-isomères…..P 88
QCM et Questions Supplémentaires corrigés……………………………… ….………………...P 97
Bibliographie………………………………………………………………………………………….………….P 105
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
TDN°01
Constitution de l’atome
QCM1 : Soit l’atome 6327Co. Cochez-la ou les réponses justes.
A. Cet atome est constitué de 27 neutrons, 36 protons, 36 électrons.
B. Cet atome est constitué de 63 nucléons, 27 protons, 27 électrons.
C. Cet atome est constitué de 27 neutrons, 63 nucléons, 36 électrons
D. Cet atome est constitué de 36 neutrons, 63 nucléons, 27 protons.
E. Cet atome est constitué de 27 nucléons, 36 protons, 36 électrons
Solution : AzX
A = Z + N ; alors N = A – Z et Pour l’atome neutre Z = P = nbre d’électrons
A. Faux
B. Juste
C. Faux
D. Juste
QCM2 : Cochez les réponses justes :
A. Dans un atome, le numéro atomique Z représente le nombre d'électrons présents dans le
nuage d'électrons.
B. Un atome est constitué d'un noyau périphérique et d'un nuage d'électrons central.
C. Dans un atome, le nombre de masse A représente le nombre des nucléons présents dans le
noyau.
D. Un atome est constitué d'un nuage d'électrons périphérique et d'un noyau central
E. Toutes les propositions précédentes sont inexactes
Solution :
A.
Juste (dans l’atome neutre Z présente le nombre d’électrons)
B. Faux
C. Juste
D. Juste
4
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
E. Faux
Exercice N°01
1) Quels sont les isotopes dans la liste suivante : 12 6C, 146 C, 168O, 178 O, 18 8 O, 4020Ca, 673 1 Ga.
2) L’astate At existe sous 2 formes isotopiques 210 85At 212 85At de masses atomiques
respectives : 209,64 et 211,66 uma.
a-Quels sont les nombres de protons et de neutrons dans les deux isotopes.
b- Sachant que la masse atomique de At naturel (ou la masse moyenne) est de 210,197 uma.
-Déterminer l’abondance relative des deux isotopes.
Solution :
1) Les isotopes sont : 12 6C et 146 C
aIsotopes
210
85At
212
85At
16
17
18
8O, 8 O et
8 O.
;
nombre de masse A
210
212
nombre de protons P
85
85
b- La masse moyenne d’un élément est donnée par :
𝑀𝑚𝑜𝑦𝑒𝑛𝑛𝑒 =
𝑚1 𝑥1 + 𝑚2 𝑥2 + 𝑚3 𝑥3 + ⋯ + 𝑚𝑛 𝑥𝑛
100
𝑎𝑣𝑒𝑐 ∶ 𝑥1 + 𝑥2 + 𝑥3 + ⋯ + 𝑥𝑛 = 100%
Soit : m1 est la masse de 210 85At et x1 son abondance
m2 est la masse de 212 85At et x2 son abondance
On trouvera :
210,197 =
209,64. 𝑥1 + 211,66. 𝑥2
100
𝑥1 + 𝑥2 = 100%
D’où :
𝑥1 = 66,5 %
;
𝑥2 = 33,5 %
5
nombre de neutrons N
125
127
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Exercice N°02
Quel est le nombre d’atomes contenus dans un échantillon d’Argent pesant 3,711 g . (On
donne M(Ag) = 107,87 g ; NA = 6,023.1023).
Solution :
1mole d’argent, contient 6,023.1023 atomes d’argent, pèse 107,87g.
Donc 3,711g d’argent contient x atomes d’argent :
𝑥=
3,711.6,0231023
107,87
= 2,072. 1022 𝑎𝑡𝑜𝑚𝑒𝑠
Exercice N°03
Quelle est l’énergie associée à une mole de photons ayant pour longueur d’onde dans le vide λ=
400 nm. On donne : h = 6,627.10-34 J.s , C= 3.108 m/s, N= 6,02.1023
Solution :
ℎ𝐶
; 𝑒𝑡 1𝑛𝑚 = 10−9 𝑚
𝑚
6,63. 10−34 (𝑗. 𝑠).3. 108 ( 𝑠 )
𝐸1𝑝ℎ𝑜𝑡𝑜𝑛 =
= 4,973. 10−27 𝑗
400. 10−9 (𝑚)
L’énergie d’un photon est donnée par : 𝐸 = ℎ𝜈 = 𝜆
L’énergie d’une mole de photons :𝐸1𝑚𝑜𝑙𝑒 𝑑𝑒 𝑝ℎ𝑜𝑡𝑜𝑛 = 𝐸1𝑝ℎ𝑜𝑡𝑜𝑛 . 𝑁𝐴
𝐸1𝑚𝑜𝑙𝑒 𝑑𝑒 𝑝ℎ𝑜𝑡𝑜𝑛 = 4,973. 10−27 .6,023. 1023 = 29,25. 10−4 𝑗
Exercice N°04
Calculer la longueur d’onde en m, en nm et la fréquence en Hz de la raie correspondant à la
transition entre les niveaux n = 2 vers n = 1 :
a) dans le cas de l’atome d’hydrogène (11H),
b)dans le cas de l’ion 42He+. On donne RH = 1,097.107m-1.
Solution :
Pour l’atome d’hydrogène : n1=1 ; n2=2 ; RH = 1,097.107m-1
En remplaçant dans l’équation suivante :
6
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
1
1
1
= 𝑅𝐻 ( 2 − 2 ) ; 𝑛2 > 𝑛1
𝜆
𝑛1 𝑛2
1
1
7 1
= 1,097. 10 ( 2 − 2 ) = 0.82275. 107 𝑐𝑚−1
𝜆
1
2
𝑑𝑜𝑛𝑐 𝜆 = 1,215. 10−7 𝑐𝑚 = 1,215. 10−9 𝑚 = 1,215 𝑛𝑚
-pour l’ion hydrogénoïde 42He+
1
1
1
= 𝑅𝐻 . 𝑍 2 ( 2 − 2 ) ; 𝑛2 > 𝑛1 ; 𝑍 = 2
𝜆
𝑛1 𝑛2
1
1
1
7
= 1,097. 10 . 𝑍 2 ( 2 − 2 ) = 3,291. 107 𝑐𝑚−1
𝜆
1
2
𝑑𝑜𝑛𝑐 𝜆 = 0,3039. 10−7 𝑐𝑚 = 0,3039. 10−9 𝑚 = 0,3039 𝑛𝑚
Exercice N°05
Calculer pour l’atome d’hydrogène :
a) L’énergie nécessaire pour passer de l’état fondamental au 3ème état excité.
b) L’énergie nécessaire pour ioniser l’atome à partir du 3ème état excité.
c) Le rayon de l’orbite n=2 de l’ion hydrogénoïde 2He+.
Solution :
a) Pour l’atome d’hydrogène : le 3ème état excité correspond à n = 4.
1
1
1
= 𝑅𝐻 ( 2 − 2 ) ; 𝑛2 = 4 ; 𝑛1 = 1
𝜆
𝑛1 𝑛2
La transition entre les deux niveaux n=1 et n=4
∆𝐸 = 𝐸4 − 𝐸1 =
−13,6 (−13.6)
−
= 12,75 𝑒𝑉
42
12
b) L’énergie d’ionisation à partir du 3ème état excité
𝐸𝑖 = 𝐸∞ − 𝐸4 = 0 −
(−13,6)
= 0,85 𝑒𝑉
42
7
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
c) Le rayon de l’orbite n=2 de l’ion hydrogénoide 2He+
𝑅𝑛 =
0,53 . 𝑍 2 0,53 . 42
=
= 2,12 Å
𝑛2
22
8
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
TDN°02
Nombres quantiques et règles de remplissages
Exercice N°01
Quelle est la longueur d’onde associée de De Broglie ?
a-
D’une balle de tennis de masse 3 g et d’une vitesse de 250 m/s.
b-
À un électron dont l’énergie cinétique est de 54 eV.
Données : masse de l’électron : me = 9,109.10-31 kg ; h = 6,62 10-34 J.s.
Solution :
la longueur d’onde de De Broglie est donnée par :
𝝀=
𝒉
𝒎. 𝒗
h : est la constante de plank = 1,63.10-34 (j.s)
m : est la masse en Kg e v la vitesse en m/s
a- pour une balle de tennis :
1,63. 10−34
𝜆=
= 0,217 . 10−33 𝑚
3. 10−3 . 250
b- Pour un électron :
-L’énergie cinétique Ec = 54eV= 86,4 .10-19 joule
𝐸𝑐 =
1
2𝐸𝑐
2 . 86,4 . 10−19
𝑚𝑣 2 𝑑𝑜𝑛𝑐 𝑣 = √
= √
= 4,36 . 106 𝑚/𝑠
2
𝑚
9,1. 10−31
-La longueur d’onde qui correspond à l’électron est :
1,63. 10−34
𝜆=
= 0,411 . 10−10 𝑚 = 0,411 Å
9,1 . 10−31 . 4,36. 106
9
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Exercice N°02
1. En utilisant les relations entre les trois nombres quantiques n, l et m, déterminer le nombre
d’orbitales dans les trois premiers niveaux d’énergie de l’atome d’hydrogène.
2. Quel est le nombre maximum d’électrons que peut contenir une couche de nombre quantique
n.
3. Donner la désignation usuelle des orbitales suivantes : Ψ1,0,0 ; Ψ2,0,0 ; Ψ2,1,0 ; Ψ2,1,1 ; Ψ2,1-1
Solution :
1.
n est le nombre quantique principal : n > 0
l est le nombre quantique secondaire : 0 ≤ l ≤ n-1
m est le nombre quantique magnétique : -l ≤ m ≤ +l
S est le nombre de spine : S= ±1/2
2. nombre maximum d’électrons que peut contenir une couche de nombre quantique n est : 2n2
-Pour n=1 la couche K : le nombre maximum d’électrons égale à 2(1)2 = 2
-Pour n=2 la couche L : le nombre maximum d’électrons égale à 2(2)2 = 8
-Pour n=3 la couche M : le nombre maximum d’électrons égale à 2(3)2 = 18
3. la désignation usuelle des orbitales Ψn,l,m suivants est :
Orbitale
n
l
m
Désignation
Ψ1,0,0
1
0
0
1S
Ψ2,0,0
2
0
0
2S
Ψ2,1,0
2
1
0
2Py
Ψ2,1,1
2
1
0
2Pz
Ψ2,1-1
2
1
-1
2Px
10
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Exercice N°03
1. Énoncer les règles et principes qui permettent d’établir la structure électronique d’un atome.
2. Caractériser le type d'orbitale atomique pour chaque combinaison des nombres quantiques, et
donner une représentation spatiale pour les orbitales s et p.
3. Justifier l'inversion énergétique des orbitales atomiques 3d - 4s.
Solution :
1. Les règles de remplissage des couches électronique de l’atome :
a. Principe de stabilité : les électrons vont se placer le plus près possible du noyau dans les
orbitales de plus basse énergie, on obtient une stabilité maximale (état fondamental).
b. Principe d’exclusion de Pauli : dans un atome, deux électrons ne peuvent avoir les mêmes
nombres quantiques
c. Règle de Hund : Les électrons occupent le maximum des orbitales atomique avec des spins
parallèles.
d. Règle de Klechkowski : les niveaux d’énergie sont peuplés par ordre d’énergie croissante.
Cette énergie est une fonction croissante de la somme (n + l). Si deux orbitales atomique
présentent la même valeur de (n + l), c’est l’orbitale atomique possédant la plus petite valeur
de n qui présente l’énergie la plus faible.
On peut suivre le schéma illustré pour la règle de Klechkowski pour obtenir l’ordre de
remplissage.
11
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
2. n=1 → l=0 → 1S
n=2 → l=0 → 2S
l=1 → 2P
n=3 → l=0 → 3S
l=1 → 3P
l=2 → 3d
-
La représentation spatiale des orbitales s et p
3. L’inversion énergétique des orbitales atomiques 3d et 4s :
-Pour 3d : n = 3 et l = 2 donc : (n + l) = 3 + 2 = 5
-Pour 4s : n = 4 et l = 0 donc : (n + l) = 4 + 0 = 4
-On remplie donc l’orbitale 4s, car (n+l) est minimal, avant l’orbitale 3d.
Exercice N°04
Lesquelles parmi ces structures, celles qui sont à l’état fondamental, celles qui sont à l’état
excité et celles qui sont inexactes.
a) 1s22s22p63s2.
b) 1s22s22p73s2.
c) 1s22s22p53s2.
d) 1s22s22p62d103s2.
e) 1s22s22p63s13p63d103f6.
f) 1s22s22p63s13p63d104s2
12
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Solution :
a) Un état fondamental
b) Inexacte
c) Un état excité
d) Inexacte
e) Inexacte
f) Inexacte
Exercice N°05
Un atome à l’état fondamental présente sur sa couche de valence un électron dans la souscouche 4s.
Parmi les propositions suivantes, indiquer celles qui sont exactes.
A. Cet électron a pour nombre quantique secondaire l=3
B. Cet électron a pour nombre quantique principal n=4.
C. Cet électron a pour nombre quantique de spin s=-1/2.
D. Toutes les réponses sont fausses.
Solution :
A.
Faux
B.
Juste
C.
Juste
D.
Faux
Exercice N°06
Un électron a son nombre quantique azimutal (ou secondaire) égal à 3.
A. Cet électron appartient a une sous couche de type d.
B. Cet électron a forcément un nombre quantique principal égal à 4.
C. Son nombre quantique magnétique peut prendre 7 valeurs.
13
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
D. Son nombre quantique principal peut être égal à 4.
E. Aucune réponse n’est exacte.
Solution :
A. Faux
B. Faux
C. Juste
D. Juste
E. Faux
Exercice N°07
1) Indiquer la couche et la sous couche correspondante à chacun des cas suivants :
a) n=3 , l=1
b) n=4 , l=2
c) n=4 , l=0
d) n=4 , l=3
2) Quelles sont parmi les séries suivantes des nombres quantiques celles qui représentent l’état
d’un électron dans un atome :
a) n=0 , l=0 , m= 0 , s= +1/2
;
b) n=1 , l=1 , m= 0 , s= +1/2
c) n=1 , l=0 , m= 0 , s= -1/2
;
d) n=2 , l=1 , m= 2 , s= +1/2
e) n=2 , l=1 , m= -1 , s= +1/2 .
3) Quelles est le nombre des orbitales atomiques dans chacune des sous couches suivantes :
4) a) 5s ;b) 4p ; c) 3d ; d) 4f
Solution :
1)
La couche
La sous-couche
2)
a)
n>0
;
Faux
n=3 , l=1
M
p
n=4 , l=2
N
d
n=4 , l=0
N
s
n=4 , l=3
N
f
0 ≤ l ≤ (n-1)
; -l ≤ m ≤ +l
;
c) juste et représente un électron dans la sous couche 1s
b) faux ;
14
; s = +1/2 ou -1/2
Exercices Corrigés de Chimie
d)
3)
Faux
;
1ère année médecine Université-Batna2
e) juste et représente un électron dans la sous couche 2Px
a) 5s → une (1) orbitale ;
b) 4p → trois (3) orbitales ;
c) 3d → quatre (4) orbitales ;
d) 4f → sept (7) orbitales.
Exercice N°08
1) Quel est le nombre des électrons de valence du zirconium Zr(Z=40) et de l’étain (Z=50) ?
2) Donner les quatre nombres quantiques des électrons de valence.
Solution :
1) Les électrons de valence du zirconium Zr(Z=40) et de l’étain (Z=50)
2 2 6 2 6 2 10 6 2 2
40Zr : 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d
(Quatre (4) électrons de valence)
2 2 6 2
6 2 10 6 2
10 2
50Sn : 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p
(Quatre (4) électrons de valence)
2) Les nombres quantiques des électrons de valence :
Element
n
l
m
s
1er électron de 40Zr
5
0
0
+1/2
2ème électron de 40Zr
5
0
0
-1/2
3ème électron de 40Zr
4
2
-2
+1/2
4ème électron de 40Zr
4
2
-1
+1/2
1er électron de 50Sn
5
0
0
+1/2
2ème électron de 50Sn
5
0
0
-1/2
2ème électron de 50Sn
5
1
-1
+1/2
2ème électron de 50Sn
5
1
0
+1/2
Exercice N°09
-Soient les atomes et ions suivants : F (Z=9), K (Z=19), Sc (Z=21), Mn (Z=25), Fe (Z=26), Ni
(Z=28) , Mo(Z=42), Ag (Z=47) , Hg(Z=80), K+ (Z=19) , Cl- (Z=17) , Fe+2 (Z=26) ,
1) Donner les configurations électroniques des atomes.
15
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
2) Présenter les cases quantiques de la couche de valence pour chaque atome et ion. En déduire
le nombre d’électrons de valence.
Solution :
Espèces
Configuration électronique
chimiques
1s22s22p5
9F
Cases quantiques
é de
valence
7
19K
1s22s22p63s23p64s1
1
21Sc
1s22s22p63s23p64s23d1
3
25Mn
1s22s22p63s23p64s23d5
7
26Fe
1s22s22p63s23p64s23d6
8
28Ni
1s22s22p63s23p64s23d8
10
24Mo
1s22s22p63s23p64s13d5
6
47Ag
1s22s22p63s23p64s23d104p65s14d10
1
80Hg
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p64f146s25d10
2
+
1s22s22p63s23p6
8
-
1s22s22p63s23p6
8
1s22s22p63s23p63d6
6
19K
17Cl
Fe+2
16
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
TD N°03
Configuration électronique ; le rayon atomique, l’énergie de la première
ionisation ; l’électronégativité :
Exercice N°01
Soient les éléments suivants, 20Ca, 40Zr, 47Ag, 53I, 36kr
a. Donner la configuration électronique de ces éléments.
b. Situer les dans le tableau périodique (période et groupe).
c. Donner le bloc et la famille de chaque élément.
Solution :
Elément
Configuration électronique
1s22s22p63s23p64s2
20Ca
Période
4
Groupe
IIA
40Zr
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d2
5
IVB
47Ag
1s22s22p63s23p64s23d104p65s14d10
5
IB
53I
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p5
5
VIIA
Famille
Alcalins
terreux
Métaux de
transitions
Métaux de
transitions
Halogènes
36kr
1s22s22p63s23p64s23d104p6
4
VIIIA
Gaz rares
Bloc
s
p
d
d
p
Donner la configuration électronique des éléments A, B, C sachant que
A : appartient à la deuxième période et au groupe du soufre (16S).
B : sa couche externe se termine par 4P5.
C : appartient à la quatrième période et possède les mêmes propriétés chimiques d’un gaz
rare.
Solution :
A : appartient à la deuxième période (n =2) et au groupe du 16S.
2 2
6 2 4
16S : 1s 2s 2p 3s 3p (groupe VIA), et les éléments du groupe VIA possédant une couche
de valence : ns2np4.
Pour l’élément A, n=2 avec une couche de valence ns2np4 donc :
A : 1s22s22p4 (Z=8), donc A représente l’élément oxygène 8O.
17
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
B : 1s22s22p63s23p64s23d104p5 (Z=35). L’élément B est le 35Br
-L’élément C appartient à la quatrième période (n=4), et possède les mêmes propriétés
chimiques d’un gaz rare donc il appartient au groupe VIIIA dont la couche de valence est
ns2np6 et par la suite l’élément C : 1s22s22p63s23p64s23d104p6 (Z=36) c’est le Krypton 36Kr
Exercice N° 02
a. Donner le numéro atomique du 1er élément de la 4ème période.
b. Déterminer l’élément qui appartient au groupe IVB et à la période n = 4.
c. Soit l’élément Or (79Au). Donner sa configuration électronique. Combien d’électrons
de valence possède-t-il.
Solution :
a- Le premier élément de chaque période appartenant au groupe IA et sa couche de
valence ns1, de plus cet élément, soit X, est de la période n=4. Donc :
X : 1s22s22p63s23p64s1 (Z=19) c’est le potassium 19K.
b- Pour le groupe IVB, la couche de valence est ns2(n-1)d2, et avec une période de n=4
l’élément X dans ce cas est :
X : 1s22s22p63s23p64s23d2 (Z=22) c’est le Titan (22Ti)
c-
2 2 6 2
6 2 10 6 2
10 6 1 14 10
79Au: 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p 6s 4f 5d .
Il possède un seul électron
de valence.
Exercice N°03
Soit l’atome du chrome Cr (Z=24). Cocher la ou les réponses justes
A. Sa configuration électronique est : [18Ar]4s2 3d4
B. Sa configuration électronique est : [18Ar]4s1 3d5
C. Le chrome est un métal alcalin
D. Il appartient à la même famille que le Krypton
18
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
E. Un électron de valence de l’atome du chrome peut posséder les nombres quantiques
suivants : n=4, l=0, m=0 et s=+1/2
Solution :
Cr (Z=24) :
a) Fausse
1s22s22p63s23p64s13d5
b) Juste
c) Fausse
d) Fausse
e) Juste (c’est l’électron del’orbitale 4s )
Exercice N°04
L’Aluminium (Al) appartient à la période du sodium 11Na et au groupe du bore 5B.
1. Donner son numéro atomique.
Solution:
2 2 6 1
11Na : 1s 2s 2p 3s (Période: n=3)
2 2
1
5B : 1s 2s 2p
( Groupe: IIIA
ns2np1 ) et pour Al n=3 donc :
Al : 1s22s22p63s23p1 (Z=13)
Exercice N°05
1. Donner sous forme de tableau, la configuration électronique, la période et le groupe des
élément suivants :
13Al, 49In, 9F, 8O, 14Si, 16S.
2. Classez ces éléments dans l’ordre croissant de leurs rayons atomiques.
Solution :
Elément
13Al
49In
9F
8O
14Si
16S
Configuration électronique
Période Groupe
1s22s22p63s23p1
3
IIIA
2 2 6 2 6 2 10 6 2 10
1
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p
5
IIIA
1s22s22p5
2
VIIA
1s22s22p4
2
VIA
1s22s22p63s23p2
3
IVA
2 2 6 2 4
1s 2s 2p 3s 3p
3
VIA
19
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
même période (Z augmente, r diminue)
(n diminue, r diminue)
IIIA
n=3
13Al
n=5
49In
r diminue
IVA
14Si
VIA
VIIA
8O
9F
16S
même période:
r 9F< r 8O ; r 16S < r 14Si < r 13Al
même groupe :
r 8O < r 16S
; r 13Al < r 49In
Classement croissant final : r 9F< r 8O < r 16S < r 14Si < r 13Al < r 49In
Exercice N°06
Soient les éléments suivants : 16S ; 37Rb ; 49In ; 52Te
1. Donner sous forme de tableau, la configuration électronique, la période et le groupe de chaque
élément.
a- Classer ces éléments par ordre de l’énergie d’ionisation croissante.
b- Classer ces éléments par ordre de l’affinité électronique croissante.
Solution :
Elément
49In
16S
37Rb
52Te
Configuration électronique
Période Groupe
2 6 2 6 2 10 6 2 10
1
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p
5
IIIA
2 2 6 2 4
1s 2s 2p 3s 3p
3
VIA
1s22s22p63s23p64s23d104p65s1
5
IA
2 2 6 2 6 2 10 6 2 10
4
1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d 5p
5
VIA
2
L’énergie de la première ionisation (Ei) d'un atome ou d'une molécule est l'énergie nécessaire
20
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
pour lui arracher un électron.
La réaction d'ionisation de l'atome A s'écrit :
même période (Z augmente, r diminue ; Ei augmente)
(n diminue ; r diminue ;
Ei augmente)
(r diminue ; Ei augmente)
a-Le classement de l’énergie d’ionisation :
IA
IIIA
n=3
n=5
VIA
16S
37Rb
même groupe:
49In
52Te
Ei 16S > Ei 52Te
meme période : Ei 52Te > Ei 49In > Ei 37Rb
-Donc le classement de l’énergie d’ionisation par ordre croissant est :
Ei 37Rb < Ei 49In < Ei 52Te < Ei 16S
c- L’affinité électronique (AE) d’un atome est l’énergie libérée (avec un signe négatif) lorsqu’un
électron est ajouté à un atome neutre à l’état gazeux. (C’est le processus inverse à l’énergie
d’ionisation (Ei) qui prend le signe positif)
X(g) + é
X- (g)
-L’affinité électronique (AE) prend la même variation dans le tableau périodique que l’énergie
d’ionisation (Ei) ; par la suite ; on obtient le classement suivant :
21
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
AE 37Rb < AE 49In < AE 52Te < AE 16S
Exercice N°07
1) Quel est l’ion le plus stable que l’on peut obtenir à partir des éléments suivants : 4Be ;
55Cs ; 52Te et 9F.
2) Classer les éléments suivants : 34Se-2 ; 35Br- ; 37Rb+ et 38Sr+2 selon l’ordre croissant de
leur rayon atomique.
3) Classer les éléments suivants : 35Br et 35Br- selon l’ordre croissant du rayon atomique.
4) Classer les éléments suivants : 11Na et 11 Na+ selon l’ordre croissant du rayon atomique.
Solution :
1) Chaque élément doit capter ou perdre des électrons afin d’acquérir une couche de
valence semblable à celle d’un gaz rare et se transformer en ion plus stable.
Elément
4Be
9F
55Cs
52Te
Configuration électronique
1s22s2
1s22s22p5
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s1
1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p4
L’ion le plus stable
+2
4Be
9F
+
55Cs
-2
52Te
2) Les ions suivants 34Se-2 ; 35Br- ; 37Rb+ et 38Sr+2 possédants tous 36 électrons donc ils
sont iso-électronique. Leur classement croissant selon le rayon atomique se repose sur
leurs nombres des protons (l’ion avec un nombre du protons plus grand possède un plus
petit rayon):
r 38Sr+2 < r 37Rb+< r 35Br- < r 34Se-2
De la même manière on peut obtenir le classement du rayon pour la question 3 et 4 :
3) r 35Br < r 35Br4) r 11Na > r 11Na+
22
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Exercice N°08
Soient les éléments suivants : 20Ca ; 15P ; 38Sr ; 33As
a- Donner la position de chaque élément dans le tableau périodique (groupe et période).
b- Classer ces éléments par ordre croissant d’énergie d’ionisation.
c- Attribuer à chaque élément les valeurs d’électronégativité suivantes : 1.75 ev ; 0.99 ev
; 1.82 ev ; 1.04 ev.
Solution :
aElément
20Ca
15P
38Sr
33As
Configuration électronique
1s22s22p63s23p64s2
1s22s22p63s23p3
1s22s22p63s23p64s23d104p65s2
1s22s22p63s23p64s23d104p3
IIA
VA
n= 3
b-
Période Groupe
4
IIA
3
VA
5
IIA
4
VA
15P
n= 4
20Ca
n= 5
38Sr
33As
Classement par ordre croissant d’énergie d’ionisation :
Ei(38Sr) < Ei(20Ca) < Ei(33As) < Ei(15P)
c-
L’électronégativité (EN) : est la capacité d’un atome à maintenir ses électrons, ainsi
est l’aptitude de cet atome d’attirer à lui le doublet d’électron de la liaison covalente quelle
l’associe avec un autre atome.
Dans le tableau périodique, l’électronégativité prend la même variation que l’énergie
d’ionisation. On trouve par la suite :
EN(38Sr) < EN(20Ca) < EN(33As) < EN(15P)
Element
20Ca
15P
38Sr
33As
Électronégativité (EN)
1,04
1,82
0,99
1,75
23
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
TD N0 04
Liaisons Chimiques
Exercice N°01
Ecrire les formules de Lewis des composés suivants : CO2 ; HClO3 ; HClO4 ; POCl3 ; SO2 ;
N2H2 ; CO3-2. On donne : 1H, 6C, 7N, 8O, 9F, 15P, 16S, 17Cl.
24
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
25
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Exercice N°02
-Sachant que la polarisation des liaisons est liée à la différence des électronégativités des atomes
liés. On donne les électronégativités des éléments suivants en (eV) : H=2,1 ; Li=0,98 ; O=3,16 ;
Cl=3,16 ; S= 2,6 ; P=2,2 ; F=4,0.
Classer les liaisons suivantes selon l’ordre croissant de polarité : O ― H , H―Li , H―F , P―Cl,
S―H.
26
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Liaison
O―H
H―Li
H―F
P―Cl
S―H
Polarité (eV)
1,06
1,12
1,9
0,96
0,5
-Classement selon l’ordre croissant de polarité des liaisons :
S-H < P-Cl < O-H < H-Li < H-F
Exercice N°03
I.
Le moment dipolaire de la liaison NO vaut 0,153D et la distance interatomique dans NO
est 1,150Ằ.
2-Calculer le caractère ionique partiel de NO.
II. Le moment dipolaire de la liaison Li―H est μ = 5,88 Debyes. Son caractère
ionique partiel est de 77%. Calculer la longueur de la liaison
On donne : 1D = 3,33.10-30 C.m ; e = 1,6.10-19 C.
Solution :
I.
Le caractère ionique partiel de NO :
𝜇𝑒𝑥𝑝
0,153.3,33. 10−30
𝐶% =
. 100 =
. 100 = 2,77%
𝜇𝑖𝑜𝑛
1,6. 10−19 . 1,15. 10−10
II. la longueur de la liaison Li-H :
𝝁𝒆𝒙𝒑
𝝁𝒆𝒙𝒑
𝑪% =
. 𝟏𝟎𝟎 =
. 𝟏𝟎𝟎
𝝁𝒊𝒐𝒏 .
𝒆. 𝒅
𝝁𝒆𝒙𝒑 . 𝟏𝟎𝟎 𝟓, 𝟖𝟖. 𝟑, 𝟑𝟑. 𝟏𝟎−𝟑𝟎
𝒅=
=
= 𝟏, 𝟓𝟖. 𝟏𝟎−𝟏𝟎 𝒎 = 𝟏. 𝟓𝟖 Å
𝒆. 𝑪%
𝟏, 𝟔. 𝟏𝟎−𝟏𝟗 . 𝟎, 𝟕𝟕
Exercice N°04
Soient les molécules suivantes de B2, C2.et F2
1. Tracer le diagramme énergétique, déterminer la configuration électronique, l'ordre de
liaison et les propriétés magnétiques de chacune de ces molécules.
27
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
2. Classer par ordre croissant de longueurs de liaisons des espèces suivantes :
F2 ; F2+ ; F2+2 ; F2- ; F2-2
3. Tracer le diagramme énergétique de la molécule de CO. Déterminer la configuration
électronique et l'ordre de liaison de la molécule de CO.
4. Comparer la stabilité et les propriétés magnétiques des molécules suivantes : CO, CO-, et
CO+. On donne : 5B, 6C, 8O, 9F.
Solution :
1.
Configuration électronique :
B2 :s1s2 s1s*2 s2s2 s2s*2 px1 py1.
B2 est Paramagnétique.
OL =
28
6−4
=1
2
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Configuration électronique :
C2 :s1s2 s1s*2 s2s2 s2s*2 px2 py2.
C2 est Diamagnétique.
OL =
8−4
=2
2
Configuration électronique :
F2 :s1s2 s1s*2 s2s2 s2s*2 s2Pz2 px2 py2
p*x2 p*y2.
F2 est Diamagnétique.
OL =
29
10 − 8
=1
2
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
2. L’ordre de liaison des différentes espèces chimiques :
Espèce chimique
OL
F2
1
F2+
1,5
F2+2
2
F20,5
F2-2
0
-Plus l’ordre de liaison (OL) est grand, plus la longueur de liaison (d) est petite.
Le classement de la longueur de liaison est :
d (F2+2) < d (F2+) < d (F2) < d (F2-) < d (F2-2)
3. La molécule CO :
Configuration électronique :
CO :s1s2 s1s*2 s2s2 s2s*2 px2 py2 s2Pz2 .
CO est Diamagnétique.
OL =
30
10 − 4
=3
2
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
-CO+ et CO- :
𝐎𝐋𝐂𝐎+ =
𝟗−𝟒
= 𝟐, 𝟓
𝟐
𝐎𝐋𝐂𝐎− =
𝟏𝟎 − 𝟓
= 𝟐, 𝟓
𝟐
-La stabilité (S) de l’édifice chimique augmente par l’augmentation de l’ordre de liaison (OL).
- le classement de stabilité est donc :
𝑺𝑪𝑶 > 𝑺𝐂𝐎+ = 𝑺𝐂𝐎−
31
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Exercice N° 05
Compléter le tableau suivant. On donne : 1H, 5B, 6C, 7N, 8O, 9F, 16S,17Cl,
Espèces
chimiques
Schéma de
Lewis
Hybridation
de l’atome
central
AXmEn
Géométrie
SP
AX2
Linéaire
OCS
Polarité
de la
molécule
polaire
apolaire
SO4-2
SO3
SP3
AX4
Tetraédrique
SP2
AX3
Triangle plan
apolaire
SP2
AX2E
Coudée
polaire
Sp2
AX3
Triangle plan
apolaire
NOCl
NO3-
Exercice N°06
-Quelles sont les propositions qui s’appliquent à la structure suivante : [Ru(NH3)6]+2 Sachant que
le complexe est diamagnétique.
A) La charge de l’ion dans le complexe est +2, (juste)
B) Les liaisons entre 44Ru et NH3 sont de type covalent, (faux)
C) L'état d'hybridation de l’ion centrale est de type sp3, (faux)
D) La géométrie du complexe est tétraédrique, (faux)
E) La géométrie du complexe est octaédrique. (juste)
On donne Ru(Z=44).
Solution:
2 2
6 2 6 2 10 6 2 6
44Ru : 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d 4p 5s 4d
32
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
[Ru(NH3)6]+2 ; NH3 est un ligand neutre sa charge est 0.
On suppose que la charge du Ru est x ; donc : x + 6.(0) = +2 donc x = +2
-la charge du 44Ru dans le complexe [Ru(NH3)6]+2 est +2
44Ru
+2 : 1s22s22p63s23p64s23d104p65s04d6
1s22s22p63s23p64s23d104p6
4d6
5s0
5P0
Le complexe est diamagnétique donc on doit effectuer ce réarrangement :
-L’hybridation dans ce cas est : d2sp3
-La géométrie est : octaédrique ou bipyramide à base carré
Exercice N°07
Parmi les couples de molécules (A, B) suivants : (NH3, H2O) ; (NH3, CH4) ;(NH3, HF) ; (NH3,
CF4).
1) Quels sont ceux qui présentent des interactions de type liaison hydrogène entre la molécule
A et la molécule B.
2) Représenter une liaison hydrogène entre une molécule A et une molécule B.
33
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Solution :
La liaison
hydrogène ou pont
intramoléculaire impliquant
hydrogène est
un atome d'hydrogène
une interaction
déficient
en
intermoléculaire
électrons et
un
ou
atome
électronégatif tel que l’oxygène, l’azote, le fluor…
1) Les couples qui présentent des interactions de type liaison hydrogène entre la molécule A
et la molécule B sont : (NH3, H2O) ; (NH3, HF) ; (NH3, CF4).
2) Représentation de la liaison hydrogène entre la molécule A et la molécule B :
Exercice N°08
1) Quels sont parmi les liquides suivants ceux dont les molécules sont liées par
liaison hydrogène ? Diéthyl-éther ; méthanol ; benzène ; acide éthanoïque.
2) Représenter quelques molécules associées.
3) Comment interpréter la différence de température normale de fusion (Tf) des composés I et II.
I (+116 °C)
II (-7°C)
34
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Solution :
-Diéthyl-éther CH3-CH2-O-CH2-CH3 : pas de liaison hydrogène entre ces molécules.
-Méthanol CH3-OH : ces molécules peuvent être liées par des liaison hydrogènes
-Benzène C6H6 : pas de liaison hydrogène entre ces molécules.
-Acide éthanoïque CH3COOH : ces molécules peuvent être liées par des liaison hydrogènes
3) La différence de température normale de fusion (Tf) dans les composés I et II est due au
type de la liaison hydrogène qui s’établie dans chaque système moléculaire.
Le composé II révèle l’existence de la liaison
hydrogène intramoléculaire qui permet
d’atténuer la température de fusion (Tf = 7°C) par rapport au composé I.
Le composé I engendre des liaisons
hydrogènes intermoléculaire ce qui
augmente sa température de fusion (Tf =
+116C°)
35
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Exercice N°09
QCM
Cochez-la (les) proposition(s) exacte(s) :
A) Les forces de London expliquent la cohésion du néon (Ne) à l’état solide.
B) Les forces de Keesom s’établissent entre deux molécules polaires.
C) Les forces de Debye s’établissent entre deux molécules apolaires
D) Les liaisons de Van der Waals sont d’énergie inférieure aux liaisons hydrogène.
E) Aucune réponse juste
Solution :
A) Juste
B) Juste
C) Faux
D) Juste
E) Faux
Exercice N° 10
Préciser la nature des forces de Vander Waals dans les composés suivants :
a) Hélium gazeux : He
b) Fluorure d'hydrogène : HF
c) Cristal d'iode ; I2 ;
d) Solution de I2 dans le chloroforme CHCl3
Solution :
a)
Hélium gazeux (système apolaire) → forces de London
b) Fluorure d'hydrogène HF (molécule polaire : moment dipolaire permanent) → forces
London + de Keesom
c)
Cristal d’iode I2 (molécule apolaire) → force de London
d) Solution de I2 (molécule apolaire) dans le chloroforme CHCl3 (molécule polaire) → forces
36
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
de London + de Keesom + de Debye.
Exercice N° 11
Classer par température normale d'ébullition (T°eb.) en justifiant votre réponse les composés
suivants :
a) Propane, butane et pentane
b) Propane, 1 -chloro propane, propan-l -ol
c) 1,2 difluoro éthène cis et trans.
Solution :
a) La température d’ébullition agrandis par l’augmentation de la chaine carboné. Ainsi, plus la
molécule est volumineuse plus elle est polarisable, ce qui engendre l’élévation des forces
intermoléculaires et par suite un agrandissement de T°eb.
T°eb (pentane) > T°eb (butane) > T°eb (propane)
b)
-Propane : CH3CH2CH3 (molécule apolaire) → forces de London
-1-chloro propane : Cl-CH2CH2CH3 (molécule polaire) → forces de London + de Keesom
-Propane-l -ol: HO-CH2CH2CH3 (molécule polaire) → forces de London + de Keesom + liaison
hydrogène intermoléculaire.
L’augmentation des forces intermoléculaires permet d’augmenter la température d’ébullition, le
propanol est donc le composé qui possède le point d’ébullition le plus élevé.
T°eb (Propan-l -ol) > T°eb (1-chloro propane) > T°eb (Propane)
37
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
c)1,2 difluoro éthène
La molécule cis est polaire : → forces de London + de Keesom
La molécule trans est apolaire : → forces de London
Donc : T°eb (cis) > T°eb (trans)
38
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
TD N°05
1er principe de la thermodynamique
QCM : parmi les propositions suivantes laquelle ou lesquelles sont exactes ?
a) Par convention l’énergie reçue par un système est négative est celle cédée par un système
est positive.
b) Dans un système fermé il n’ya aucun échange de l’énergie avec le milieu extérieur.
c) Une variable d’état extensive et proportionnelle à la quantité de la matière.
d) Une fonction d’état ne dépend que de l’état initial et de l’état final.
Solution :
a) Lorsque le système reçoit de l’énergie, elle est positive et lorsqu’il cède de l’énergie
elle est négative donc c’est faux.
b) Dans un système fermé il y a un échange de l’énergie avec le milieu extérieur donc c’est faux.
c) Oui une variable d’état extensive est proportionnelle à la quantité de matière
exemple le volume, la masse, le nombre de mole, etc… donc c’est juste.
d) Oui une fonction d’état ne dépend que de l’état final et de l’état initial, elle ne dépend pas
du chemin suivi exemple la pression, la température etc… donc c’est juste.
Exercice N°01
On comprime de façon réversible et isotherme, 48 g d’oxygène de 1 atm à 10 atm et à 25°C.
1- Calculer le travail fourni à ce système.
2-Le système revient à son état initial à 25°C et sous 1 atm. Quel est le travail fourni par le
gaz.
39
Exercices Corrigés de Chimie
1-
1ère année médecine Université-Batna2
Calcul du travail :
𝑉2
𝑊 = −𝑃𝑒𝑥𝑡 ∫ 𝑑𝑉
𝑉1
Une transformation réversible s’effectue de manière lente et progressive en marquant à chaque
fois des points d’équilibre dans lesquelles la pression interne égale à la pression externe
(𝑃𝑖𝑛𝑡 = 𝑃𝑒𝑥𝑡 ).
Donc on peut écrire :
𝑉2
𝑊𝑟𝑒𝑣 = −𝑃𝑖𝑛𝑡 ∫ 𝑑𝑉
𝑉1
La pression interne est la pression du gaz O2. On suppose que le gaz est parfait alors on peut
écrire :
𝑃𝑖𝑛𝑡 . 𝑉 = 𝑛 𝑅𝑇 ==> 𝑃𝑖𝑛𝑡 =
𝑛 𝑅𝑇
𝑉
n : est le nombre de mole ; n = m / M = 48 / 32 =1,5 moles
R est la constante des gaz parfaits, il peut prendre les valeurs suivantes :
40
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
R= 0,082 l.atm / mol.°K
R= 8,31 l.atm / mol.°K
R= 2 cal / mol.°K
𝑉2
𝑑𝑉
𝑉2
= −𝑛𝑅𝑇. 𝑙𝑛𝑉2 − 𝑙𝑛𝑉1 = −𝑛𝑅𝑇. 𝑙𝑛
𝑉1
𝑉1 𝑉
𝑊𝑟𝑒𝑣 = −𝑛𝑅𝑇 ∫
On travaille à température constante (isotherme) donc on peut remplacer les volume par les
pressions : P1V1 = n.R.T et P2V2 = n.R.T
Donc on peut écrire P1V1 = P2V2==> P1/P2 = V2/ V1 alors en remplace les volumes par les
pressions dans la formule du travail.
==> wrev = - nRT Ln V2/ V1 = - nRT Ln P1/ P2 =
= - 1,5(mole) . 8,31(joul/mol.°K) . 298(°K) . Ln1/10 = + 8553,1 joule
wrev = + 8553,1 joule
wrev est positif ce qui est logique puisque le système reçoit du travail de l’extérieur.
2- Lorsque le système revient à son état initial de façon réversible ; on aura donc : P1 = 10 atm et
P2 = 1 atm et le travail dans ce cas est :
41
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
wrev = - nRT Ln V2/ V1 = - nRT Ln P1/ P2 = - 1,5 x 8,31x298 x Ln10/1
= - 8553,1 joules = - 8,55 kj
wrev = - 8553,1 joule
Le travail dans ce cas est négatif car c’est le système qui
fournit du travail au milieu extérieur.
Exercice N°02
Une mole de N2 (g) considérée comme un gaz parfait à pression constante est portée de la
température 20°C à la température 100°C.
1) Calculer la chaleur reçue par le système dans lesdeux cas suivants :
a- lorsque la transformation est isochore
b-lorsque la transformation est isobare
On donne Cp N2 (g) = 29,18 j/mol.K ; R = 8,31 j/mol.°K
Solution :
1- Calcul de la chaleur de réaction à volume constant Qv:
Une transformation isochore s’effectue à volume constant (V=Cte)
𝑻𝟐
𝑸𝑽 = 𝒏𝑪𝑽 ∫ 𝒅𝑻
𝑻𝟏
où : n = 1mole
Qv : est la chaleur reçue ou libérée par le système à volume constant (V=Cte).
42
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Cv est la capacité calorifique à volume constant « la capacité calorique est la
quantité de chaleur qu’il faut fournir à une mole de gaz parfait pour augmenter sa
température de 1°C »
On calcul Cv à partir de la relation de Mayer : Cp – Cv = R
d’où Cv = Cp – R = 29,18 – 8,31 = 20,87 j/K.mol.
Alors :
𝑻𝟐
𝑸𝑽 = 𝒏𝑪𝑽 ∫ 𝒅𝑻 = 𝟏. 𝑪𝑽 (𝑻𝟐 − 𝑻𝟏 )
𝑻𝟏
Qv = 20,87 ( 373 – 293 ) = 1669,6 joule = 1,669 Kj
2- Calcul de la chaleur de réaction à pression constante Qp:
On a :
𝑻𝟐
𝑸𝑷 = 𝒏𝑪𝑷 ∫ 𝒅𝑻
𝑻𝟏
Une transformation isochore s’effectue à volume constant (V=Cte)
où QP : est la chaleur reçue ou libérée par le système à pression constante (P=Cte).
Cp est la capacité calorifique à pression constante « la capacité calorique est la
quantité de chaleur qu’il faut fournir à une mole de gaz parfait pour augmenter
sa température de 1°C »
On
a: Cp = 29,18 j/K.mol.
𝑻𝟐
𝑸𝑷 = 𝒏𝑪𝑷 ∫ 𝒅𝑻 = 𝟏. 𝑪𝑷 (𝑻𝟐 − 𝑻𝟏 )
𝑻𝟏
Alors : Qp = 1. 29,18 . ( 373 – 293 ) = 2334 joules = 2,334Kj
43
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Conclusion : Qp > Qv
Exercice N°03
Calculer la variation d'enthalpie qui intervient lors de l'élévation de la température de 10 g de
tétrachlorure de carbone CCl4, de -40°C à + 80°C, sous la pression de 1 bar.
On donne :
Enthalpie de fusion : ∆H°fus = 2,68 kJ.mol-1
Enthalpie de vaporisation : ∆H°vap = 30 kJ.mol-1
T°fusion = -24°C
;
T° d'ébullition = +77°C
Cp°( (CCl4)(s)= 122 J.K-1. mol-1 ; Cp°( (CCl4)(l)= 135 J.K-1.mol-1 ;
Cp°( (CCl4)(g)= 74 J.K-1.mol-1
Solution :
-On construit le schéma suivant :
En thermodynamique la variation d’enthalpie de la réaction directe est égale à la somme de la
variation des enthalpies des réactions indirecte.
44
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
ΔHT = n (ΔH1 + ΔH2 + ΔH3 + ΔH4 + ΔH5)
où n = m/M = 10 /153,8 = 0,065 mole
Calcul de l’enthalpie du chauffage de CCl4(s) de la T1= - 40°C (233K) à la Tfusion = -24°C
(249K)
1)
𝑇2
∆𝐻1 = 𝑛𝐶𝑝𝐶𝐶𝑙4(𝑠) . ∫ 𝑑𝑇 = 𝑛𝐶𝑝𝐶𝐶𝑙4(𝑠) . (𝑇2 − 𝑇1 ) = 0,065 .122 . (249 – 233) = 126,88 j
𝑇1
ΔH1 = 126,88 J
2) Calcul de l’enthalpie de fusion du CCl4 de l’état solide à l’état liquide qui se fait à la même
température.
ΔH2 = n.ΔHfusion = 0,065 . 2,68 = 0.1742 kj =174,2 J
3) Calcul de l’enthalpie de chauffage de CCl4(l) de la Tfusion = -24°C (249°K) à la Tébullition=
77°C (350°K)
𝑇2
∆𝐻3 = 𝑛𝐶𝑝𝐶𝐶𝑙4(𝑙) . ∫ 𝑑𝑇 = 𝑛𝐶𝑝𝐶𝐶𝑙4(𝑙) . (𝑇2 − 𝑇1 ) = 0,065 . 135. (350 − 249) = 886.275 J
𝑇1
ΔH3 = 886,275 J
4) Calcul de l’enthalpie de vaporisation du CCl4 de l’état liquide à l’état gazeux qui se fait à la
même température.
ΔH4 = n.ΔHvaporisation = 0.065 . 30 = 1,95 kJ =1950 J
5) ) Calcul de l’enthalpie de chauffage de CCl4(g) de la Tébullition= 77°C (350°K) à la
Température T= 80°C (353°K)
𝑇2
∆𝐻5 = 𝑛𝐶𝑝𝐶𝐶𝑙4(𝑔) . ∫ 𝑑𝑇 = 𝑛𝐶𝑝𝐶𝐶𝑙4(𝑔) . (𝑇2 − 𝑇1 ) = 0,065 .74 . (353 − 350)
𝑇1
45
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
ΔH5 = 14,43 J
Alors la variation de l’enthalpie de
la réaction directe est égale à :
ΔHT = ΔH1 + ΔH2 + ΔH3 + ΔH4 + ΔH5 = 3,152 kj
Exercice N°04
Soit la réaction suivante :
On donne à 25°C les enthalpies standard de formations et les capacités calorifiques molaires Cp :
ΔHf° en kj/mol : C6H5CH3 (g) = 50,00 ;
H2 (g) = 00 ;
Cp en j/K.mol. : C6H5CH3 (g) = 81,59 ;
H2 (g) = 28,53 ;
C6H11CH3 (g) = - 154,8.
C6H11CH3(g)= 135,14.
-Quelle est l’enthalpie de la réaction à 25°C et à 125°C ?
Solution :
-Calcul de l’enthalpie de la réaction à 25°C. En utilise la Loi de Hess :
ΔHr = Σ ΔH°f (produits) - Σ ΔH°f (réactifs)
ΔHr = ΔH°f (C6H11CH3(g)) – ΔH°f (C6H5CH3(g) ) – 3 ΔH°f (H2(g))
ΔHr = - 154,8 – ( 50,00 + 0,00) = - 204,8 kj
ΔHr à 25°C = - 204,8 kJ
-Calcul de l’enthalpie de la réaction à 125°C . En utilise la loi de Kirchoff :
𝑇2
∆𝐻𝑟(𝑇2) = ∆𝐻𝑟(𝑇1) + ∆𝐶𝑝 ∫ 𝑑𝑇
𝑇1
où :
∆𝐶𝑝 = ∑ 𝐶𝑝(𝑃𝑟𝑜𝑑𝑢𝑖𝑡𝑠) − ∑ 𝐶𝑝(𝑅é𝑎𝑐𝑡𝑖𝑓𝑠)
ΔCp = Cp (C6H11CH3(g)) – Cp (C6H5CH3(g)) – 3 Cp (H2(g))
= 135,14 – 81,59 – 3 . (28,53) = - 32,04 j/°K
ΔCp = - 32,04 j/°K
46
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
𝑇2
Alors : ∆𝐻𝑟(𝑇2) = ∆𝐻𝑟(𝑇1) + ∆𝐶𝑝 ∫𝑇1 𝑑𝑇 = ∆𝐻𝑟(𝑇1) + ∆𝐶𝑝 (𝑇2 − 𝑇1 )
∆Hr à (398°K) = - 204,8 + (-32,04) . (398 – 298 ).10-3 = - 208, 004 kJ
∆Hr à 125°C (398°K) = - 208, 004 kJ
Exercice N°05
-Calculer l’enthalpie standard de formation de CH3OH (g).
On donne les énergies de liaisons (El) en kcal/mol : El(C-O) = - 84 ; El(C-H) = -98,8 ; El(O-H) = -110
; El(H-H) = -104,2 ; El(O=O) = -116 ; ΔH°sublimation C(gr) = 171,6 .
Solution :
On écrit la réaction de formation de CH3OH(g) à partir de ces éléments. On construit le cycle
suivant :
L’énergie de dissociation d’une liaison est égale à l’opposé de
l’énergie de formation d’une liaison :
Edissociation = - Eliaison
47
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Le carbone passe de l’état graphite C(gr) à l’état gazeux par sublimation ΔHsublimation
Les molécules d’H2 et d’O2 se dissocient pour donner des atomes d’H et d’O on à l’état gazeux
: Edissociation = - Eliaison
On a la réaction de formation de CH3OH à partir des atomes à l’état gazeux. Ce qui mène à la
formation de trois liaisons C-H, une liaison C-O et une liaison O-H.
-On calcule ΔH°f de la réaction de formation du méthanol (CH3OH):
-ΔH°f de la réaction directe est égale à la somme des énergies des réactions indirectes :
Δ H°f = ΔH°subli - 2 El(H-H) - 1/2 El(O=O) + 3 E(C-H) + E(C-O) + E(O-H)
Δ H°f = 171,6 - 2(- 104,2) - 1/2 (- 116) + 3(- 98,8) + (- 84) + ( -110) = - 52,7 kj
Δ H°f = - 52,7 kj
48
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
TD06
2ème principe de la thermodynamique
Exercice N°01
Donner les réactions dont l’entropie augmente dans le sens donné :
A) H2O(s) → H2O(g)
B) N2(g) + 3 H2(g) → 2NH3(g)
C) C2H5(OH)(l) → C2H5(OH)(g)
D) I2(g) + H2(g)→2HI(g)
E) CH3CH2OH(l) → CH3CHO(l) + H2(g)
Solution :
L’entropie défini le désordre moléculaire, plus le désordre moléculaire augmente plus l’entropie
augmente.
-L’entropie d’un corps ou composé augmente lorsqu’il passe de l’état solide à l’état liquide ; et
de l’état liquide à l’état gazeux ; ou de l’état solide à l’état gazeux (sublimation).
-L’entropie augmente dans une réaction lorsque le nombre de mole augmente : le nombre de
mole des produits est plus grand que celui des réactifs.
Donc les réactions dont l’entropie augmente sont : A, C, E.
Exercice N°02
-Calculer l’entropie molaire standard de formation de la L-sérine (C3H7O3N)(s) à 25°C à partir
des composés simples. On donne à 25°C et 1 atm.
Compose simple
C graphite
N2(g)
H2(g)
O2(g)
S° en j/°K.mol
5,69
191,5
130,6
205,0
49
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Solution :
-On écrit la réaction de formation de L-sérine:
3Cgraphite + 7/2 H2(g) + 3/2 O2(g) + 1/2 N2(g) → C3H7O3N(s)
-On applique par analogie la loi de Hess du 1er principe :
ΔS°r = ΣS°(produits) - ΣS°(réactifs) = S°L-sérine – (3S°Cgraphite + 7/2 H2(g) + 3/2 O2(g) +1/2 N2(g) )
= 149,2 - ( 3x5,69 + 7/2x130,6 + 3/2x205,0 + 1/2x191,5 ) = - 728,22 j/°K
ΔS°r = - 728,22 j/°K
Exercice N°03
-Soit la réaction suivante :
H2(g) + 1/2 O2(g) → H2O(g)
à 298°K
-Calculer : 1- ΔS°r(298K) ?
2- ΔS°r(800K) ?
Données :
Composé
Cp en j/K.mol
S° en j/K.mol
H2(g)
28,8
130
O2(g)
29,3
205
Solution :
1- Calcul de ΔS°r à 298K:
-On applique par analogie la loi de Hess du 1er principe :
ΔS°r = ΣS°(produits) - ΣS°(réactifs) = S°H2O(g) - (S°H2 (g) + 1/2 O2(g))
= 189 – (130 + 1/2x205) = -43,5 j/°K
50
H2O(g)
33,4
189
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
ΔS°r à 298 °K = -43,5 j/°K
2- Calcul de ΔS°r à 800K :
-On applique la loi de Kirchoff du 1er principe :
𝑇2
ΔS°r(800K) = ΔS°r(298K) + ΔCp ∫𝑇1 𝑑𝑇/𝑇 = ΔS°r(298K) + ΔCp Ln 𝑇2/𝑇1
-On calcul d’abord ΔCp :
ΔCp = ΣCp(produits) - ΣCp(réactifs) = Cp H2O(g) – ( CpH2(g) + 1/2 CpO2(g) )
= 33,4 – ( 28,8 + 1/2x29,3) = -10,5 j/K.mol
Alors :
ΔS°r(800K) = - 43,5 - 10,5 Ln 800/298 = - 53,869 j/K
ΔS°r à 800 °K =- 53,869 j/°K
Exercice N°04
Pour la réaction :
On donne à 298°K:
N2(g)
H2(g)
NH3(g)
ΔH°f en kj/mol
0
0
c- 46,24
S° en j/K.mol
191,46
130,57
192,93
Calculer :
1) La variation d’enthalpie de la réaction ΔH°r à 298K
2) La variation d’entropie de la réaction ΔS°r à 298K
3) La variation d’enthalpie libre de la réaction ΔG°r à 298K
51
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
4) La constante d’équilibre Kp à 298K
5) a)
quel est l’effet de l’augmentation de la température sur la réaction
b) quel est l’effet de l’augmentation de la pression sur la réaction
6) La constante d’équilibre Kp à 500K
Solution :
1- Calcul de la variation d’enthalpie de la réaction ΔH°r à 298K:
On applique la loi de Hess :
ΔH°r = Σ ΔH°f (produits) - Σ ΔH°f (réactifs)
= 2ΔH°f (NH3(g)) – ( 3ΔH°f (H2(g)) + ΔH°f (N2(g)) ) = - 2x46,24 = - 92,48 kj
ΔH°r = - 92,48 kj
2- Calcul de la variation d’entropie de la réaction ΔS°r à 298K:
Par analogie on applique la loi de Hess :
ΔS°r = Σ S°(produits) - S° (réactifs)
= 2S° (NH3(g)) – ( 3S° (H2(g)) + S°(N2(g)) ) = 2x 192,93 - ( 3x130,57 + 191,46) = -197,31 j/°K
ΔS°r = -197,31 j/°K
52
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
3- Calcul de la variation d’enthalpie libre de la réaction ΔG°r à 298K
D’après le 2ème principe : ΔG°r = ΔH°r - T.ΔS°r = - 92,48 - 298x(-197,31).10-3 = - 33,68 kj
ΔG°r = - 33,68 kj
4- Calcul de la constante d’équilibre Kp à 298K:
Thermodynamiquement on a :
ΔGr = ΔG°r+ R.T.LnKp
à l’équilibre on a ΔGr =0
Alors :
ΔG°r+ R.T.LnKp = 0
Ce qui donne :
d’où LnKp = - ΔG°r /RT donc : Kp = 𝑒 − 𝛥𝐺°𝑟 /𝑅𝑇
Kp =𝑒 33680 /298·8¸31 = 806129,76 à 298°K
5- a) quel est l’effet de l’augmentation de la température sur la réaction :
D’après le principe de Le Chatelier : « Lorsqu’on augmente la température, l’équilibre de la
réaction se déplace dans le sens endothermique ».
Dans la réaction donnée la variation d ’enthalpie de la réaction est négative (ΔH°r = - 92,48
kj/mol) donc elle est exothermique, alors si on augmente la température l’équilibre de la
réaction va se déplacer dans le sens endothermique c’est dire dans le sens 2.
b) quel est l’effet de l’augmentation de la pression sur la réaction :
D’après le principe de Le Chatelier : « Lorsqu’on augmente la pression, l’équilibre ;de la
réaction se déplace dans le sens de la diminution du nombre de moles ».
Dans la réaction donné le sens de la diminution du nombre de moles est le sens 1.
Donc si on augmente la pression, l’équilibre de la réaction va se déplacer dans le sens 1.
6- Calcul de la constante d’équilibre Kp à 500°K:
On applique la relation de Van’tHoff: d(Ln K) / dT =
𝐾𝑝(𝑇2)
En intègre la relation de Van’t Hoff : Ln 𝐾𝑝(𝑇1) =
53
𝛥𝐻°𝑟
𝑅
𝛥𝐻°𝑟
𝑅𝑇 2
===>∫ d(Ln K) =
𝛥𝐻°𝑟
𝛥𝐻°𝑟
𝑅
𝑇2 𝑑𝑇
∫𝑇1 𝑇 2
[−1/𝑇]𝑇2
𝑇1 = 𝑅 ( 1/T1 – 1/T2)
Exercices Corrigés de Chimie
LnKp(T2)= LnKp(T1 ) +
𝛥𝐻°𝑟
𝑅
1ère année médecine Université-Batna2
( 1/T1 – 1/T2) = Ln806129,76 +
−92,48.1000
8,31
(1/298 – 1/500]
Kp(T2)= 0,226 donc : Kp diminue lorsque la température augmente
Kp((500°K)= 0,226
Exercice N°05
On introduit dans un récipient de 15 litres à 600°K, une mole de H2 et 1 mole de Cl2. Sachant
que Kp = 26 pour la réaction :
1. Calculer Kc et Kx à 600K.
2. Calculer le nombre de moles HCl à l’équilibre.
3. Calculer les pressions partielles de chaque gaz à l’équilibre.
Solution :
La formule qui relie Kp, Kc et Kx est donnée par la relation suivante :
Kp = Kc.(RT)Δn = Kx .P Δn
On a :
Δn = ∑n(produits) - ∑n(réactifs) = 2 – (1+1) = 0
Alors :
Kp = Kc = Kx = 26
Selon l’avancement de la réaction on a :
Au temps t=0 :
1 mole
1 mole
0 mole
A l’équilibre :
(1-x ) mole
(1-x) mole
2x moles
54
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
On a le nombre de moles totale = (1-x) + (1-x) +2x = 2 moles
La constante d’équilibre Kc de la réaction est :
Kc = [HCl]2 / [H2] [Cl2] = (2x)2 /(1-x).(1-x) = 26 donc : 4X2 = 26 (1-x)(1-x)
4x2 = 26 (1 – 2x + x2) = 26 – 52 x + 26 x2 on obtient une équation du second degré :
22x2 – 52x + 26 = 0
On calcul Δ : Δ = b2 - 4 a.c = (- 52 ) – 4.22.26 = 416
On calcul la racine carrée de Δ : √Δ = 20,396
On cherche les racines :
x1 = (- b + √Δ) / 2a = (52 + 20,396) / 2.22 = 1,64 : valeur supérieure à 1 donc racine a rejeté.
x2 = (- b - √Δ) / 2a = (52 – 20,396) / 2.22 = 0,178 : valeur inférieure à 1 donc racine acceptée.
Donc le nombre de moles de HCl à l’équilibre est 2x = 2.0,178 = 1,36 moles
3) Calcul des pressions partielles de chaque gaz :
On a
Pi = Xi.PT avec Xi = (ni/nT)
On calcul la pression totale :
on considère les gaz comme des gaz parfaits, on peut écrire :
PT.VT = nT.RT
on prend R= 0,082 l.atm/°K.mol
PT = nT.RT/VT = 2(mol).0,082(L.atm/mol.°K).600°K /15(L) = 6,56 atm
PT = 6,56 atm
55
Exercices Corrigés de Chimie
PH2 = Cl2 =
PHCl =
1ère année médecine Université-Batna2
1−x
1 − 0,718
. PT =
. 6,56 = 0,925 atm
nT
2
2x
. P = 0,178 . 6,56 = 2,355 𝑎𝑡𝑚
2 T
Exercice N°06
Le carbonate de calcium CaCO3 (s) se décompose selon la réaction :
CaCO3(s) → CaO(s)+CO2(g)
1. Cette réaction est-elle thermodynamiquement possible dans les conditions standards ?
2. A partir de quelle température devient-elle possible ?
On donne :
Composés
CaCO3(s)
CaO(s)
ΔH°f en kj/mol
-1210,11
-393,14
S° en j/K.mol
92,80
213,60
Solution :
1. Pour qu’une réaction soit thermodynamiquement possible il faut que l’enthalpie libre
de la réaction soit négative : ΔG°r < 0
Donc on calcul ΔG° de la réaction :
ΔG°r = ΔH°r - T. ΔS°r
-On commence par le calcul de ΔH° et ΔS° de la réaction :
-Calcul de ΔH° de la réaction : on applique la loi de Hess du 1er principe :
ΔH°r = ∑ ΔH°f (produits) - ∑ ΔH°f (réactifs) = ΔH°f CO2(g) + ΔH°f CaO - ΔH°f CaCO3(g)
56
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
ΔH°r = - 634,11 – 393,14 + 1210,11 = 182,86 kj
ΔH°r = 182,86 kj
-On applique par analogie la loi de Hess du 1er principe :
ΔS°r = ∑ S° (produits) - ∑ S°(réactifs) = S° CO2(g) + S° CaO - S° CaCO3(g)
ΔS°r = 39,71 + 213,6 - 92,80 = 160,5 j/K
ΔS°r =160,5 j/K
Alors :
ΔG°r = ΔH°r - T. ΔS°r = 182,86 – 298.160,5.10-3 = 135,031 kj
ΔG°r = 135,031 kj
-On trouve ΔG°r ˃ 0, donc la réaction n’est pas spontanée c’est-à-dire impossible dans les
conditions standards.
2. Puisque la réaction n’est pas spontanée dans les conditions standards on cherche alors à
trouver la température à laquelle cette réaction est possible :
Donc la condition pour qu’une réaction soit spontanée est : il faut que son ΔG°r < 0
Donc on pose : ΔG°r = ΔH°r - T. ΔS°r < 0
donc : ΔH°r < T. ΔS°r
D’où T ˃ ΔH°r /T. ΔS°r = 182,86 / 160,5.10-3 = 1137°K
Donc pour que la réaction donnée soit possible il faut travailler à une température supérieure
à1137°K
T ˃ 1137°K = 864°C
57
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Exercice N°07
L’anhydride sulfurique (SO3) est obtenu par oxydation de l’anhydride sulfureux (SO2) :
Pour augmenter la production en l’anhydride sulfurique (SO3) on doit :
1. Travailler à haute température
2. Travailler à basse température
3. Travailler à haute pression
4. Travailler à basse pression
5. Ajouter de l’oxygène en excès
6. Maintenir le SO3(g) formé dans le mélange réactionnel
Soustraire du mélange réactionnel le SO3(g) par exemple en l’absorbant dans l’eau (formation
de H2SO4)
Solution :
Selon le principe De Le Chatelier : « Si on change l’un des facteurs d’équilibre (T, P , Pi ou
concentration), l’équilibre se déplace dans le sens qui s’oppose à cette modification »
1. Si on augmente la Température : L’équilibre de la réaction se déplace dans le sens
endothermique c’est-à-dire dans le sens 2 de la réaction car le sens 1 est exothermique ΔHr < 0
donc on ne peut pas travailler à haute température.
58
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
2. A l’inverse si on diminue la température, l’équilibre de la réaction se déplace dans le sens
exothermique c’est-à-dire dans le sens 1 de la réaction donc dans ce cas on peut travailler à
basse température.
3. Si on augmente la pression l’équilibre de la réaction se déplace dans le sens de la diminution
du nombre de moles c’est-à-dire dans le sens 1 de la réaction dans ce cas on peut travailler à
haute pression.
4. A l’inverse si on travaille à basse pression l’équilibre de la réaction se déplace dans le sens
de l’augmentation du nombre de moles c’est-à-dire dans le sens 2 de la réaction donc on ne peut
pas travailler à basse pression.
5. Mettre de l’oxygène en excès, déplace l’équilibre de la réaction dans le sens 1 c’est-à-dire le
sens de la formation de SO3(g).
6. Soustraire le SO3(g) du mélange réactionnel, déplace l’équilibre dans le sens de la formation
de SO3(g) c’est-à-dire dans le sens 1.
59
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
TD N°07
Equilibres acido-basiques
QCM1 Parmi les affirmations suivantes, lesquelles sont correctes ?
a. Au sens de Bronsted, un acide est une espèce susceptible de céder un proton.
b. Au sens de Bronsted, un acide est capable de capter un électron.
c. À un acide fort, est conjuguée à une base faible.
d. À un acide fort, est conjuguée à une base forte.
e. À une base faible, est conjugué à un acide faible.
Solution :
a
c
e
QCM2 Parmi les paires suivantes, lesquelles ne forment pas un couple acido-basique ?
a. HPO4–/PO43 –.
e. H+/H2.
b. H3O+/H2O.
f. CH2=CH2/CH3–CH3.
Solution : e
c. H2O/HO–.
d. HSO4–/SO42 –.
g. NH4+/NH3.
f
Exercices N°01
a) Quelle est la valeur du pH d’une solution aqueuse contenant 2,28.10– 3mol.L– 1d’ions H3O+ ?
b) Quelle est la valeur du pH d’une solution aqueuse contenant 5,32.10–4mol.L– 1d’ions HO–?
c) Quelle est la concentration en ions H3O+dans une solution dont le pH vaut 3,24 ?
d) Calculer le pH d’une solution aqueuse d’acide acétique à la concentration : 9,6.10– 3mol.L–
1
.
On
donne
le
pKa
du
couple
:
pKa
(CH3COOH/CH3COO–)
e) Quel est le pH d’une solution de Ba(OH)2 de molarité 2.10-3
Solution :
a) Solution d’ions H3O+ est une solution d’acide fort donc :
pH = - log [H3O+ ] = -log 2,28.10– 3 = + 2,64
60
=
4,8.
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
b) Solution d’ions OH- est une solution de base forte donc :
pH = 14 + log [OH-] = 14 + log 5,32.10– 4 = 10,72
c) Solution d’ions H3O+ est une solution d’acide fort donc
pH = - log [H3O+ ] = - log Ca = 34 ==˃ Ca = 10 –pH = 10-3,24 = 5,7.10-5 mol/l
d) La solution de CH3COOH est une solution d’acide faible :
pH = 1/2 pka – 1/2logCa = 1/2x4,8 – 1/2log 9,6.10-3 = 3,41
e)
Une solution de Ba(OH)2 de molarité 2.10-3 est une base forte.
pH = 14 + log [OH-] = 14 + log Cb
Ba(OH)2 → Ba+2 + 2 OH- ==˃ 2 moles de Ba(OH)2 donne 2 équivalents gramme de OH- , sa
concentration sera : 𝐵𝑎(𝑂𝐻)2 = 𝐵𝑎++ =
𝑂𝐻 −
2
Cb = 2x2.10-3 = 4.10-3 d’où le pH = 14 + log 4.10-3 = 11,6
Exercice N°02
Soit un mélange constitué de 60 cm3 de méthanol CH3OH et 50cm3 d’eau. Lequel de ces deux
constituants est le solvant ? on donne la masse volumique du méthanol ρ=0,7 g/cm3 et celle de
l’eau est ρ=1 g/cm3. Données : M.molaire du : C=12, O=16 et H=1.
Solution :
Par définition la masse volumique ρ = m/V d’où m = ρ.V
Pour le méthanol CH3OH on aura m CH3OH = ρCH3OH.V = 0,7.60= 42g
Pour le méthanol H20 on aura mCH3OH = ρH20.V = 1.50= 50g
Le nombre de mole est : nCH3OH = m / M = 42/32 = 1,3 moles
nH20 = m / M = 50/18 = 2,7 moles
61
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
-Le nombre de mole de H2O est supérieur au nombre de moles de CH3OH, donc l’eau est le
solvant.
-Dans le cas contraire si nCH3OH ˃ nH20 , on aurai une solution alcoolique d’eau, le méthanol serait
le solvant.
Exercice N°03
COOH
On veut préparer 200 ml d’une solution d’acide benzoïque 10-1 M.
1. Calculer la masse nécessaire pour obtenir cette solution
2. le pH de cette solution possède un pH de 2,6
a-écrire les réactions chimiques mise en jeu
b-écrire les espèces chimiques présentes dans la solution
c-évaluer les molarités de ces espèces chimiques
Solution :
Acide benzoique : C6H5COOH
1. on a le nombre de mole n= m/M = C.V ==˃
m = M.C.V = 122.0,1.0,2=2,44 g
2. pH= 2,6 ==˃ a) les réactions chimiques mise en jeu sont :
C6H5COOH + H2O ↔ C6H5COO- + H3O+
H2O + H2O ↔ H3O+ + OHb) espèces chimiques présente en solution : C6H5COOH, C6H5COO-, H3O+, OH-, H2O
Exercice N°04
L’acide nitreux HNO2 est un acide faible. Sachant qu’une solution aqueuse 0,1M de cet acide
a un pH égal à 2,15.
a-calculer sa constante de dissociation Ka
b- En déduire son coefficient de dissociation α
62
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
c- Quel serait le volume de soude NaOH à 0,2M nécessaire pour neutraliser 50ml d’acide
nitreux HNO2 0,1M.
d- A la solution initiale d’acide nitreux HNO2, on ajoute une solution de nitrite de sodium
NaNO2
0,2 M.
1) Quel est la nature de la solution.
2) Quel est le pH de cette
Solution :
HNO2 est un acide faible : HNO2 + H2O ↔ NO2- + H3O+
a) Calcul de Ka : HNO2 est un acide faible donc :
pH =1/2 (pka – log Ca) = 2,15
d’où pKa = 2pH + logCa = 2.2,15 + log10-1 = 3,3 or pKa = - logKa
Ka = 10-pKa = 5.10-4
donc :
b) Coefficient de dissociation : α = √𝐾𝑎/𝐶 ( loi de dilution d’Oswald)
d’où α = √5.10 − 4 /10−1 = 0,005 on a bien α ˂˂ 1
α = 0,005
c) Le volume de NaOH à ajouter : A la neutralisation ,on a toujours le nombre de mole
de l’acide est égale au nombre de mole de la base donc na = nb c'est-à-dire que
Ca.Va = Cb.Vb ↔ Vb = Ca.Va / Cb = 0,1.50 / 0,2 = 25 ml
Vb = 25 ml
63
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
d) 1) on ajoute une solution de nitrite de sodium à la solution initiale :
NaNO2
↔
NO2- + Na+
c'est-à-dire on ajoute des ions NO2- à la solution initiale c’est à dire on ajoute la base conjuguée
de l’acide HNO2, on obtient par la suite une solution tampon.
2) le pH des solutions tampons est donné par : pH = pKa + log[base conjuguée] / [acide]
pH = pKa + log[NO2-] / [HNO2] = 3,3 + log 0,2/0,1 = 3,6
pH = 3,6
Exercice N°05
On prépare une solution tampon de pH = 4,5 à partir d’acide acétique CH3COOH de pKa = 4,8
et d’acétate de potassium CH3COOK.
1. Calculer les concentrations de CH3COOH et CH3COO-.
2. Comment préparer 1 litre de solution tampon NH3/NH4Cl de pH = 9,22 et dont la
concentration totale soit 0,15M ? On donne Kb(NH3) = 10-4,76
Solution :
a) Le pH des solutions tampons est donné par la relation suivante :
pH = pKa + log[base conjuguée] / [acide]
pour le couple CH3COOH / CH3COO- on a l’équilibre suivant :
CH3COOH
+ H2 O
CH3COO- + H3O+
Le rapport des concentrations est : log[CH3COO- ] / [CH3COOH] = pH – pKa = - 0,3
D’où :
[CH3COO- ] / [CH3COOH] = 10-0,3 = 0,5
b) préparer 1 litre de solution tampon NH3/NH4Cl :
64
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
NH4+ + OH- et
NH3 + H20
NH4Cl
NH4+ + Cl-
Donc on obtient une solution tampon NH4+ / NH3 , le pH de cette solution s’écrira de la manière
suivante :
pH = pKa + log [NH3] / [NH4+] = 9,22
On calcul tout d’abord le rapport des concentrations comme précédemment, on trouve :
[NH3] / [NH4+] = 0 et [NH3] + [NH4+] = 0,15
A partir de ces deux équations, on a calcul les concentrations : on trouve :
[NH3] =0,07327
et
[NH4+] = 0,7673
Il faut introduire dans un flacon jaugé de 1 litre 0,07327 mole de NH3 et 0,0767 mole de [NH4+]
et ajuster avec de l’eau pour obtenir une solution tampon de 1 litre de pH=9,22 et de
concentration 0 ;15 M.
Exercice N°06
Un malade souffre d’un calcul rénal de masse 0,768 g . Ce calcul est composé uniquement
d’oxalate de calcium (CaC2O4).
-Le produit de solubilité de l’oxalate de calcium (CaC2O4) à la température considérée est
3,6.10-9 mol2/l2.
a) Quel est le volume minimal d’eau pure nécessaire pour dissoudre complètement le calcul.
b) Si l’eau de dissolution contenait initialement du chlorure de calcium (CaCl2), dans quel sens
varierait la valeur trouvée à la première question.
Solution :
On a l’équilibre de dissociation de l’oxalate de calcium
CaC2O4
à t=0
C0
Ca+2 + C2O4-2
0
0
65
Exercices Corrigés de Chimie
à téq
C0 - S
1ère année médecine Université-Batna2
S
S
-On calcul la solubilité S de l’oxalate de calcium
-On a le produit de solubilité : Ks = [Ca+2 ] [C2O4-2] = S.S = S2 = 3,6.10-9 mol2/l2
D’où on calcul la solubilité : S = √𝐾𝑠 = √3,6.10 − 9 = 6.10-5 mol/l.
Pour dissoudre complètement la calcul il faut que : C0 - S = 0
C0 = S = n/ V = m/M.V
; V = m/M.S (M CaC2O4 = 128 g/mol.)
V = 0,768 / 128. 6.10-5 = 94, 79 litres
a) Si on ajoute de l’eau qui contient du CaCl2 à l’équilibre initial c’est à dire :
Ca+2 + 2 Cl-
CaCl2
-
C’est-à-dire qu’on a augmenté la concentration de [Ca+2], l’équilibre de dissociation de
CaC2O4 va se déplacé à dans le sens 2 d’après le principe de le Chatelier, c’est à dire dans le
sens de la diminution de la solubilité, nécessairement ce qui augmente le volume.
Exercice N°07
Le produit de solubilité du nitrate d’argent (sel peu soluble) dans l’eau à 25°C est égal à ; Ks =
7,23.10-4 mol2/l2.
1) Quelle est la solubilité de ce sel dans l’eau à cette température ? Exprimer le résultat en
mol/l et en g/l.
2) Dans une solution 0,0118 mol/l de nitrate d’argent de AgNO3 (sel totalement soluble),
quelle est la nouvelle solubilité de AgNO2 ? Comparer ces deux résultats.
Solution :
66
Exercices Corrigés de Chimie
1)
1ère année médecine Université-Batna2
Ag+ + NO2-
AgNO2(s)
Ks = [Ag+ ] [NO2- ]= S.S = S2 = 7,23.10-4 mol2/l2.
===˃ S = √𝐾𝑠 = √7,23.10 − 4 = 2,69.10-2 mol/l. (MAgNO2 = 153,88 g/l)
S = 2,69.10-2 x 153,88 = 4,13 g/l
2) Appelons S’ la nouvelle solubilité de AgNO2
AgNO3 →
Ag+ + NO3-
[Ag+ ]total = [Ag+ ]AgNO2 +
[Ag+ ]AgNO3 = S’ + 0,0118
Ks = [Ag+ ]total [NO2- ] = [S’ + 0,0118].[S’] = 7,23.10-4 mol2/l2.
==˃ S’2 + 0,0118 S’ - 7,23.10-4 = 0 ==˃ on une équation du second degré, la résolution de
cette équation donne une solution acceptable de S’ = 2,16.10-2 mol/l.
Cette nouvelle solubilité est inférieure à S. L’ajout d’un ion commun dans une solution
diminue la solubilité.
Exercice N°08
On considère les solutions suivantes :
S1 : acide nitrique (HNO3) ,
S2 : acide nitreux (HNO2) et
S3 : soude (NaOH). Les trois solutions ont la même concentration C= 0,1M .
On considère les mélanges suivants :
Mélange 1 : 100 ml de S1 + 100 ml de S2 ;
Mélange 2 : 100 ml de S2 + 50 ml de S3 et
Mélange 3 : 100 ml de S2 + 100 ml de S3
On donne pka (HNO2) = 3,35
-Calculer le pH des solutions des mélanges 1, 2 et 3.
Solution :
1) Calcul du pH du mélange 1 : Mélange d’un acide fort HNO3 et d’une base forte NaOH
67
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
n = C.V
n = 0.1/1000 x 100=0.01mole
HNO3 + NaOH → NaNO3 + H2O
A t0
0.01
0.01
0
0
A teq
0
0
0.01
0.01
On est en présence d’une neutralisation d’un acide fort par une base une base forte (na = nb),
le pH est donc neutre pH = 7
Mélange 1 : pH = 7
-Calcul du pH du mélange 2 : Mélange d’un acide faible HNO3( pka = 3,35) et d’une base
forte NaOH
2)
Na+ NO2- + H2O
HNO2 + NaOH
0.01
0.005
0
0
0.005
0
0.005
0.005
C’est une demi-équivalence on a : [HNO2] = [NO2-]
La solution obtenue est une solution tampon équimolaire [HNO2] = [NO2-] ; le PH est donné
par : pH = pKa + log [NO2-] / [HNO2]
Mélange 2: pH = pKa = 3,35
68
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
-Calcul PH du mélange 3 : Mélange d’un acide faible HNO3( pka= 3,35) et d’une base forte
NaOH ; en est en présence d’une neutralisation d’un acide faible HNO2 par une base forte, à la
neutralisation le pH est celui d’une base faible.
ACIDE(faible) + BASE(Forte) → BASE(faible)
HNO2 + NaOH
NaNO2 + H2O
Le pH d’une base faible est : pH = 7 + 1/2 (pKa + log Cb) ;
Cb = [NO2-] = na / Vt = 0,1 / 200.10-3 = 0,5M
Mélange 3 : pH = 8,5
69
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
TD08
Equilibres d’Oxydo-Réduction
QCM1- Parmi les affirmations suivantes, lesquelles sont correctes ?
a. Une oxydation est une perte d’électron.
b. Une réduction est une perte d’électron.
c. Un oxydant est une espèce susceptible de gagner des électrons.
d. Un réducteur est une espèce susceptible de gagner des électrons.
e. L’oxydation correspond à une diminution du nombre d’oxydation.
f. La réduction correspond à une diminution du nombre d’oxydation.
Solution: a, c , f
QCM2- Parmi les affirmations suivantes concernant les réactions d’oxydo-réduction,
lesquelles sont correctes ?
a. Lors d’une réaction redox, l’oxydant est oxydé.
b. Lors d’une réaction redox, l’oxydant est réduit.
c. Lors d’une réaction redox, l’oxydant oxyde le réducteur.
d. Lors d’une réaction redox, l’oxydant voit son n.o. croître.
e. Une réaction redox est un échange d’électrons entre l’oxydant et le réducteur d’un même
couple.
Solution : b et c
Exercice N°01
Parmi les couples suivants, lesquels sont des couples redox ?
a. Cr2O72 –/Cr3 +.
b. H3O+/H2O.
e. Fe(OH)2/Fe2 +.
f. Fe(OH)2/Fe.
Solution : a, c,
c. H+/H2.
g. CH3COOH/CH3CH2OH.
d, f, g.
70
d. Fe3 +/Fe2 +.
h. NH4+/NH3.
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
a.
b.
c.
d.
e.
f.
g.
71
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
h.
Exercice N°02
Déterminer le nombre d’oxydation du soufre dans les espèces suivantes.
b. SO42 –.
a. H2S.
Solution :
a. -II
b. +VI
c. S2O32 –.
d. S4O62 –.
c. +II
d. +V/II (+5/2)
a.
b.
c.
d.
Exercice N°03
Déterminer le nombre d’oxydation du chlore dans les espèces suivantes.
a. Cl2
Solution : a. 0
b. HCl
b. -I
d. Cl–.
c. ClO4c. +VII
d. -I
72
e. ClO–.
e. +I
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Exercice N°04
Parmi les réactions suivantes, lesquelles sont des réactions d’oxydo-réduction ?
a. Cr2O72 – + 6 e– + 14 H+ --------------- 2 Cr3 + + 7 H2O. (une demi réaction de réduction)
b. CH3CH2I + Cl– ------------------------- CH3CH2Cl + I–. (ne présente pas une réaction
oxydoréduction)
c. CH3-CHO + O2 + H2O-------CH3 -COOH + H2O2. (réaction d’oxydoréduction)
+I
+III
d. Fe2 + + 2HO– --------------------------------- Fe(OH)2. (ne présente pas une réaction oxydoréduction)
e. MnO4– + 5 Fe2 + + 8 H+ ---------------------Mn2 + + 5 Fe3 + + 4 H2O. (Réaction d’oxydoréduction)
Solution: c et e
Exercice N°05
Équilibrer les demi-équations électroniques pour les couples suivants.
a. Fe2 +/Fe.
b. Fe3 +/Fe2 +.
c. MnO4–/Mn2 +.
d. Cr2O72 –/Cr3 +.
e. I2/I–.
Solution:
a. Fe2 + + 2e– → Fe,
b. Fe3 + +1 e–→Fe2 +,
c. MnO4– + 5 e– + 8 H+ → Mn2 + + 4H2O,
d. Cr2O72 – + 6 e– + 14 H+ → 2 Cr3 + + 7 H2O.
e. I2 + 2e– → 2 I–.
Exercice N°06
On donne les potentiels standards suivants :
E° (MnO4–/Mn2+) = 1,51 V.
E° (Fe2+/Fe) = – 0,44 V.
E° (Zn2+/Zn) = – 0,76 V.
E° (Fe3+/Fe2+) = 0,77 V.
Parmi les réactions suivantes lesquelles sont spontanées ?
73
E° (Cl2/Cl–) = 1,39 V.
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
a. MnO4– + Cl2.
c. MnO4– + Fe2 +.
b. Fe3 + + Fe
e. Mn2 + + Cl–.
d. Fe2 + + Zn.
f. Mn2 + + Zn2 +.
Solution :
a. ΔE°= 1.51- 1.39= 0.12V
b. ΔE°= 0.77-(-0.44)= 1.21V, c. ΔE°= 1.51-0.77= 0.74V
d. ΔE°= -0.44 - (-0.76)= 0.32V e. ΔE°=1.51 – 1.39= 0.12V
f. ΔE°=1.51-(-0.76)= 2.27V.
Plus ΔE° est élevée plus la réaction est spontanée
Exercice N°07
Écrire la loi de Nernst pour les couples suivants :
a. Fe3 + / Fe2 +.
c. MnO4–/Mn2 +.
b. Fe2 +/Fe.
Solution : la loi de Nernst est donnée par :
𝑬 = 𝑬° +
[𝒐𝒙]
𝟎. 𝟎𝟔
𝐥𝐨𝐠
(𝒓𝒆𝒅)
𝒏
a. 𝐹𝑒 +3 + 𝟏é → 𝐹𝑒 +2
E = E°(Fe3 +/ Fe2 +) + 0.06/1. Log [Fe+3]/[Fe+2]
b. 𝐹𝑒 +2 + 𝟐é → 𝐹𝑒
74
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
E = E°(Fe+2/ Fe) + 0.06/2. Log [Fe+2]/[Fe]
/ [Fe] = 1
c. 𝑀𝑛𝑂4 − + 8𝐻 + + 𝟓é → 𝑀𝑛+2 + 4𝐻2 𝑂
E = E°( MnO4–/Mn2 +) + 0,06/5. Log [MnO4–]/[Mn+2]
Exercice N°08
-Soient les couples suivants : Hg+2/Hg (E°1 = 0,79) et SO4-2/SO2 (E2° = 0,20V)
1)Donner la réaction globale d’oxydo-réduction
2) Calculer la constante d’équilibre K
Le potentiel le plus élevé correspond toujours au couple oxydant. Ce dernier subit
une réaction de réduction
Oxydant : Hg+2 / Hg (E°1 = 0,79)
et
Réducteur : SO4-2 / SO2 (E2° = 0,20V)
Réduction : Hg+2 + 2é → Hg
Eoxydant = E°1 = 0,79 +0,06/2. Log [Hg+2]/ [Hg]
/[Hg]=1
Oxydation: SO2 + 2H2O → 4H+ + SO4-2 +2é
Ereducteur = E°2 = 0,20 +0,06/2. Log [SO4-2].[H+]4/[SO2]
La reaction globale :
Hg+2 + SO2 + 2H2O → Hg + 4H+ + SO4-2
-À l’équlibre : ΔE=0
ΔE= Eoxydant - Ereducteur = ΔE° - 0,06/2 Log [SO4-2].[H+]4/[Hg+2]. [SO2]
La constante d’équilibre : K = [SO4-2].[H+]4/[Hg+2]. [SO2]
75
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
𝒍𝒐𝒈𝑲 = (𝑬°𝟏 − 𝑬°𝟐 ).
𝒏
𝟎. 𝟎𝟔
Ou n est le nombre d’électrons échangés entre les deux couples
K=10 n(E1°-E2°)/0.06 = 10 2(0,79-0,2)/0.03 = 1019.66 = 4.64 x 1019
𝑲 = 𝟏𝟎
𝒏(𝑬𝟏°−𝑬𝟐°)
𝟎.𝟎𝟔
= 𝟏𝟎
𝟐(𝟎.𝟕𝟗−𝟎.𝟐)
𝟎.𝟎𝟔
= 𝟏𝟎𝟏𝟗.𝟔𝟔 = 𝟒. 𝟔𝟒 . 𝟏𝟎𝟏𝟗
𝐾 = 4.64 . 1019
Exercice N°09
-On considère une pile constituée des deux électrodes suivantes : Cu2 +/Cu et Zn2 +/Zn.
-On donne les potentiels standards suivants :
E° (Cu2 +/Cu) = 0,34 V ; E° (Zn2 +/Zn) = – 0,76 V.
Parmi les affirmations suivantes lesquelles sont correctes ?
a. Lorsque la pile débite, Zn est oxydé.
b. Lorsque la pile débite, Zn2 + est réduit.
c. L’électrode Cu2 +/Cu est siège d’une oxydation.
d. L’électrode Cu2 +/Cu est siège d’une réduction.
e. L’électrode Cu2 +/Cu constitue le pôle positif
76
Exercices Corrigés de Chimie
Réponse : a.
d.
1ère année médecine Université-Batna2
e.
E° (Cu2 +/Cu) = 0,34 > E° (Zn2 +/Zn) = – 0,76
Donc la réaction de réduction est établie au niveau de l’électrode du cuivre (le pole +)
Et la réaction d’oxydation a lieu au niveau de l’électrode du Zinc (le pole -)
ΔE = E° (Cu2 +/Cu) - E° (Zn2 +/Zn) =[0,34 - (-0,76)] + 0.06/2 . Log [Cu+2]/ [Zn+2] = 1,1V
(on suppose les concentration égales [Cu+2] et [Zn+2] donc Log1=0.
77
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
TDN°09
La Cinétique Chimique
QCM 01
En général, la vitesse d’une réaction chimique augmente
A. lorsque la concentration des réactifs diminue.
B. lorsque la concentration des réactifs augmente.
C. lorsque la température du milieu réactionnel diminue.
D. lorsque la température du milieu réactionnel augmente.
E. Aucune des propositions n’est juste.
Réponse : B ; D
QCM 02 : Soit une réaction d’équation : A + B → C + D
La vitesse de réaction→ s’écrit : V = k.[A]α. [B]β
Parmi les propositions suivantes, indiquer celle(s) qui est (sont) juste(s) :
A. k est indépendant des concentrations, du temps et de la température.
B. k peut être une constante sans dimension.
C. α et β sont les ordres globaux de la réaction.
D. α et β sont les ordres partiels de la réaction.
E. Aucune des propositions n'est juste.
Réponse : D
QCM 03:
1- La cinétique de multiplication de la bactérie E.Coli suit en première approximation une loi
du premier ordre. Cochez les réponses justes.
A- [E.Coli] = [E.Coli]0.e -1/kt
B- [E.Coli] = [E.Coli]0.e -kt
C- [E.Coli] = [E.Coli]0 + kt
78
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
D- [E.Coli] = [E.Coli]0.e +kt
E- Aucune réponse n’est juste
2-Au bout de combien de minutes, le nombre de bactéries a-t-il doublé.
Cochez la réponse juste. On donne k = 2,32.10-2mn-1 .
A- 30 mn
B- 60 mn
C- 10 mn
D- 90 mn
Réponse:
1-B : [E.Coli] = [E.Coli]0e -kt
2-A: Au temps t1/2 : [E.Coli]0= 2[E.Coli] : le nombre de bactérie a doublé donc : on a
t1/2 = ln2/K = 30 mn
QCM 04 :
A. Le t1/2 donne une indication sur la rapidité d’une réaction
B. Pour une réaction, l’évolution du t1/2 en fonction des concentrations initiales en réactifs peut
permettre d’accéder à l’ordre d’une réaction. A + B → C + D
V = [A]α [B]β
C. Dans le cas d’une réaction d’ordre 1, le t1/2 est égal à k/ln2.
D. Dans le cas d’une réaction d’ordre 2, le t1/2 est inversement proportionnel à la concentration
initiale.
E. Aucune réponse proposée n’est correcte.
Réponse : A,B,D
QCM 05 :
A. Pour un ordre 0, 1 ou 2, il est possible d’obtenir la valeur de k graphiquement en connaissant
différentes valeurs des concentrations en réactifs en fonctions du temps.
B. k dépend du temps, des concentrations et de la température.
79
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
C. La relation qui lie k et la température est la loi d’Arrhenius.
D. K diminue quand la température augmente.
E. Aucune réponse proposée n’est correcte.
Réponse : A B C
QCM 06 :
Un catalyseur :
A. permet d’augmenter la vitesse d’une réaction chimique.
B. permet de diminuer la vitesse d’une réaction chimique.
C. n’influence pas la vitesse d’une réaction chimique.
D.est d’autant plus efficace que sa surface est importante.
E. Aucune réponse n’est juste.
Réponse : A D
Exercice N°01
Un médicament présent initialement dans le sang à la concentration 0,620 M voit sa
concentration tomber à 0,520 M après 15 mn. Sachant que la décomposition du médicament
obéit à une cinétique d’ordre 1, que vaut la constante K et le temps de demi-réaction t1/2 ?
Réponse :
1) La constante de vitesse :
La cinétique de la réaction est d’ordre 1 : Ln[A] – Ln[A]0= -K1.t ===˃ on pose : [A] =
[médicament] au temps t [A]0 = [médicament] au temps t=0 Alors on écrit : Ln[médicament] –
Ln[médicament]0 = -K1.t ===˃ Ln[médicament]0 – Ln[médicament] = K1.t ===˃ K1= [Ln
[médicament]0- Ln[médicament]] / t = Ln(0,620/0,520) / 15
K= 1,17.10-2 mn-1
2) Le temps de demi-réaction t1/2 : est le temps au bout duquel la moitié du médicament
80
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
a été décomposé.
t1/2 ===˃ [A] = [A]0/2 ===˃ t1/2 = Ln2 / K1 = Ln2 / 1,17.10-2 = 59,24 mn
Exercice N°02
Les résultats suivants ont été obtenus de la décomposition de HI à 800°C.
Temps en mn
0,0
120
240
360
[HI] en mol/l
2,1
1,050
0,700
0,525
-Quel est l’ordre de la réaction. Calculer la constante de vitesse K.
Réponse : La réaction de décomposition de HI :
-La vitesse de la réaction est : V = K[HI]2
-On trace le graphe : 1/[HI] = f(t)
Temps en mn
0,0
120
240
360
[HI] en mol/l
2,1
1,050
0,700
0,525
1 / [HI] en l/mol
0,476
0,952
1,428
1,905
1/[HI]
1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,40,2 2,0
1,9
1,43
0,952
0,475
0
pente= K
50
100
150
200
250
300
350
400
81
t
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Le graphe 1/[HI] est une droite de pente positive, la réaction est d’ordre 2 :
1/[HI] = 1/[HI]0 + Ktd’où : K = (1/[HI] 1/[HI]0 ) / t
On à :
K1 = (1/1,05 - 1/2,1) / 120 = 0,00396 l/mn.mol
K2 = (1/0,7 - 1/2,1) / 240 = 0,00396 l/mn.mol
K3 = (1/0,525 -1/2,1) / 360 = 0,00396 l/mn.mol
On calcul la moyenne des K, on obtient :
K= 0,00396l /mn.mol
Exercice N°03
Soit la réaction suivante :
aA + bB
→
cC + dD
L’énergie d’activation Ea vaut 75,24 kj/mol. Par contre, si elle se déroule en présence d’un
catalyseur on observe alors que Ea vaut 50,14 kj/mol.
-Par combien sera multipliée la constante dela vitesse de réaction en présence du catalyseur
à 250°C par rapport à la réaction sans catalyseur.
Réponse :
La variation de la constante d’équilibre en fonction de la température suit la loi d’Arrehinus :
Ea/RT
K = A0 e1er cas : application sans catalyseur :
Equation (1)……………………
K1 = A0e-Ea1/RT
2ème cas : application avec catalyseur :
Equation (2)…………………….
K2 = A0e-Ea2/RT
On divise l’équation (2) sur l’équation (1) :
82
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
K2/K1= e(Ea1 –Ea2 )/ RT = 321,11
K2 = K1 . 321,11
L’utilisation du catalyseur a augmenté la vitesse de réaction de plus de 320 fois.
83
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
TD N°10
Nomenclature des Composés Chimiques Organiques
Exercice N°01 : Donner selon les règles IUPAC les structures associées aux noms suivant :
a) pentène
b) hexa-1,3-diène
c) octa-1,3,5-triène-7-yne
d) 2-chloro-3,5-diméthylheptane.
e) 4-isopropyl-3-méthylheptane.
f) 1,3-dicyclopropyl-pentane
Solution :
84
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Exercice N°02 : en respectant la règle de la nomenclature, nommer les composés suivants :
CH3
H
C
CH3
Br
H3C
CH2
H
C
CH
C
C
CH3 C2H5
(b)
(a)
(d)
(c)
C2H5
CH
H2
C
CH2
CH2 CH2 CH3
(e)
(f)
Solution :
a) 2-bromo-4-ethyl-toluène.
b) 3-methyl-4-vinyl-cyclopentene.
c) Cyclohex-1-yne.
d) 4-ethyl-5-méthyl-hex-2-yne.
e) 1-propyl-cyclohexène.
f) Vinylbenzène.
g) Dicyclopentyl-ethane.
Exercice N°03
a) 2-amino-4-méthyl-pentanol
b) 2,3-dihydroxy butanal
c) N,N-diméthyl-éthyl-amine
d) 3-méthyl-butan-2-one
e) Acide-4-hydroxy -3-oxo -pentanoique
85
(g)
CH2
CH3
Exercices Corrigés de Chimie
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Solution :
Exercice N°04 : nommer les composés suivants
86
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Solution :
a) 4-(methylamino)butanamide
b) 1-nitropropane
c) 1,1-dimethoxycyclohexane
d) Acid-2-cyano-3-hydroxy-6-methyl-5-oxoheptane-1,7-dioique
e) 3,7-dimethylocta-1,6-diène-3-ol
f) 4-ethylcyclohex-2-ène-1-one
87
Exercices Corrigés de Chimie
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TD N°11
Isomérie-Stéréochimie
Exercice 01 : Donner les différents isomères de chaine de C5H12 :
L’indice d’insaturation correspond à la somme des nombres de liaison π et des cycles contenus
dans la molécule. Pour une molécule de formule brute CxHyOzNtXp (avec X= Cl, Br, I, F),
l’indice d’insaturation « i » est donné par la relation suivante :
𝑖 = 1 + x –1/2 (y + p - t)
Solution :
Soit l’hydrocarbure de formule brute C5H12.
𝑖 = 1 +5-(12/2) = 0 instauration (donc cette molécule est un alcane) :
CH3
H3C
H3C
H2
C
H2
C
H2
C
CH3
;
H
C
H2
C
CH3
CH3
H3 C
;
C
CH3
CH3
Exercice 02 : Donner les différents isomères :
- de position du C3H80
- de fonctions du composé C3H6O
Solution : soit la molécule C3H6O :
𝑖 = 1 +3-(6/2) = 1 instauration (donc cette molécule possède une double liaison entre deux
carbones C=C ou entre un carbone en oxygène C=O) :
Les différents isomères sont :
a) isomères de position :
✓ CH2=CH-CH2OH : alcool primaire
88
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
✓ CH2=C(OH)-CH3 : alcoolsecodaire
b) isomère de fonction :
✓ CH3-CO-CH3: cétone
✓ CH3-CH2-CHO: aldéhyde
✓ CH2=CH-CH2OH: alcool
CH2
CH
C
H2
✓
OH
: alcool cyclopropanol
Exercice N°03 : Déterminer la configuration absolue (R, S) des carbones asymétriques dans
les molécules suivantes :
Br
(1) Br
(2) CH=CH2
(3) C2H5
(4) CH3
C2H5
H3C
CH=CH2
(S)
H3C
NH2
C
H3C
C
CH3
H
H
(1) NH2
(2) -CH(CH3)2
(3) -CH3
(4) H
(R)
CH2OH
CH2Cl
H2N
(1) NH2
(2) -CH2Cl
(3) -CH2OH
(4) H (en avant)
H
(R)
Le Carbone 2 :
(1) -OH
(2) -CHO
(3) -CH(OH)-CH2OH
(4) H (horizontal)
Le Carbone 3 :
(1) -OH
(2) -CH(OH)-CHO
(3) -CH2OH
(4) H (horizontal)
89
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Exercice N°04 : Parmi les molécules suivantes, quelles sont celles qui sont chirales et celles
qui sont achirales ?
Solution :
Exercice N°05 : Indiquer le nombre de carbone asymétriques et donner le nombre de
stéréoisomères :
90
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Solution :
Exercice N° 06 : Donner les représentations (Cavalière, Cram, Newman et Ficher) de la
Molécule suivante :
CH3-CHOH-CHBr-CHO
Solution :
91
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Exercice N°07 : Donner la stéréoisomérie géométrique cis-trans et Z-E des molécules
suivantes :
CH3
H3C
C
C
C
a
H
H3C
H
CH=CH-CH3
Cl-HC=HC
C
H
Cl
c
F
C
F
H
HOOC
Br
H
C
COH
e
OH
H
C
H3C
CH3
C
d
Br
Cl
C
b
H
H
N
f
C
OH
H3C
Donnés : 1H ; 6C ; 7N ; 8O ; 9F ; 17Cl ; 35Br
Solution :
92
N
g
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Exercice N°08 : Représenter les formules des divers isomères correspondant au composé hept2,4-diène.
Solution : hept-2,4-diène: CH3-CH=CH-CH=CH-CH2-CH3
Exercice N°09 : On considère l’acide bromé suivant : CH3-CHBr-CHCH3-COOH
a- Quel est le nombre total de stéréoisomères ?
b- Donner les représenter en projection de FISHER.
c- Donner la configuration absolue des carbones asymétriques.
d- Préciser la relation qui existe entre les différents stéréoisomères.
Solution :
a) Le nombre total des stéréoisomères est : 2n ( ou n est le nombre des carbones asymétriques
C*) ⇒ 22= 4 stéréoisomères.
93
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
b) Représentation en Projection de Fisher :
c)- La configuration absolue des carbones asymétriques : a (S- R), b (R- S), c (S- S), d (R- R)
d)- Relation d’isomérie :
-
2 couples d’énantiomères : (a et b), (c et d).
-
4 couples de Diastéréoisomères : (a et c), (a et d), (b et c), (b et d).
QCM 01 : Quelle est la proposition juste parmi les suivantes :
a. Les énantiomères sont images l’un de l’autre dans un miroir mais non superposables.
b. Les diastéréoisomères sont l’image l’un de l’autre dans un miroir.
c. Un mélange équimolaire de deux énantiomères est appelé mélange racémique.
d. Pour différencier deux énantiomères, on utilise :
1. la représentation topologique ;
2. la représentation de Cram ;
3. des formules brutes.
Solution : a ;
c ; d ( 2.)
QCM 02 : A propos des molécules a, b et c possédant la même formule brute. Cochez-la ou
les réponses justes.
94
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
C2H5
H
H3C
C2H5
H
CH3
C2H5
H2N
H3C
CH3
H
b
c
H
A . a et b sont des énantiomères
B . a et b sont des diastéréoisomères
C . a et b sont des conformères
D. a et c sont des énantiomères
F. a et c sont des diastéréoisomères
E. Aucune des propositions précédentes n’est exact
Solution : B ; F
CH3
H
H
C2H5
NH2
C2H5
H
H
NH2
CH3
CH3
CH3
a
b
H3C
CH3
H
2S, 3R
2S, 3S
dopamine
95
c
H
2S, 3S
QCM 03 : soit les structures des hormones suivantes :
Adrénaline
C2H5
H2N
cortisol
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
-Parmi les affirmations suivantes, lesquelles sont correctes ?
a. Chaque hormone possède un noyau benzénique.
b. Le cortisol possède deux fonctions cétone.
c. L’adrénaline possède une fonction amide.
d. L’adrénaline et la dopamine possèdent une fonction amine.
e. La dopamine possède une fonction amine primaire.
Solution : b , d , e
96
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
QCM et Questions
Supplémentaires
Corrigés
97
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
QCM 01
Quelle est la longueur d’onde de De Broglie (en mètre) d’un électron se déplaçant à une vitesse
de 0,75 .107 m/s ?
Données : me : 9,1 .10-31 kg
A)9,7 .10-1
B) 5,5 .10-10
;
Constante de Planck h = 6,62 .10-34 J.s
C) 9,7 .10-11
D) 5,87 .10-11
E) Aucune de ces
propositions n’est juste.
Réponse : C
QCM 02
Combien l’ion Cu+2 (Z= 29) possède-t-il d’électrons célibataires ?
A) 0
B) 1
C) 2
D) 3
E) 4
Réponse : B
QCM 03
Parmi ces couches de valences, dire laquelle (lesquelles) est (sont) correcte(s) ?
A) 46Pd : 5s2.
B) 15P : 3s23p3
C) 9F : 2s22p5
D) 50Sn : 5s25p2
E) Aucune de ces propositions n’est correct.
Réponse : B
C
QCM 04
Indiquer si les symboles suivants peuvent etre acceptés pour représenter une orbitale atomique
A) 3s , 3f , 4d , 5p
B) 1s , 2p , 3d , 4f
C) 3s , 5d , 4f
D) 1p , 3s , 5d
98
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
E) Aucune de ces propositions n’est correct.
Réponse : B
C
QCM 05
Quelle (s) est (sont) la (les) proposition (s) correcte (s) concernant l’élément Mn(Z=25).
A) il ya 13 électrons désignés par m=0.
B) il ya 6 électrons désignés par m= -1.
C) il ya 1 électrons désignés par m=2.
D) il ya 13 électrons sur la couche M.
E) Aucune de ces propositions n’est correct
Réponse : A C D
QCM 6-7
Parmi les combinaisons suivantes :
(1) l = 3, m = 2, S = ±1/2
(2) l = 2, m = -1, S = ±1/2
(3) l = 1, m = 1, S = ±1/2
(4) l = 1, m = 2, S = ±1/2
(5) l = 0, m = 1, S = ±1/2
6- laquelle (s) correspond(ent) à deux électrons dans la couche M ?
A) (1)
B) (2)
C) (3)
D) (4)
E) (5)
D) (4)
E) (5)
Réponse : B
7- laquelle (lesquelles) est (sont) impossible (s) ?
A) (1)
B) (2)
C) (3)
Réponse : D E
99
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
QCM08
Quelle est le nombre des électrons célibataires dans les atomes ou ions suivants (donner la ou
les réponses justes).
A) 20Ca+ : 1 électron célibataire
B) 18Ar : 1 électron célibataire
C) 53I : 1 électron célibataire
D) 28Ni : 1 électron célibataire
E) Aucune de ces propositions n’est correct
Réponse : A
C
QCM09
Un atome d’hydrogène dans son état fondamental absorbe un photon de longueur d’onde λ 1.
Sur quel niveau l’électron se trouve-t-il après cette absorption ? λ1= 97.28 nm ; RH = 1,097 .107
m-1
A) n = 2
B) n=3
C) n=4
D) n= 5
E) n=4
Réponse : C
QCM10
Calculer la longueur d’onde en m et la fréquence en (Hz) de la raie correspondante à la transition
entre les niveaux n=2 vers n=1 pour l’ion hydrogénoïde 42𝐻𝑒 + .
RH = 1,097.107m-1
A) 0,304.10-3m ( 15,87.1015Hz)
B) 0,304.10-7m ( 9,87.1015Hz)
C) 304 m ( 12,87.1020Hz)
D) 25,44.10-7m ( 5,32.1012Hz)
E) toutes les réponses sont fausses
Réponse : B
100
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
QCM11
Parmi les affirmations suivantes concernant la notion d’isomérie, lesquelles sont correctes ?
a. Deux isomères ont même formule brute.
b. Deux isomères ont même formule semi-développée.
c. Deux isomères de fonction possèdent les mêmes fonctions.
d. Deux isomères de position possèdent les mêmes fonctions.
e. Deux isomères de chaîne ont la même structure carbonée.
Réponse : a et d
QCM12
On considère les molécules suivantes ; parmi ces affirmations lesquelles sont correctes ?
a. A, B, C et D sont isomères.
b. A et B sont isomères de position.
c. A et B sont isomères de fonction.
d. A et B sont isomères de chaine.
e. C et D sont isomères de chaine.
Réponse : c
QCM13
-Classer les groupements suivants par ordre de priorité croissante
101
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Réponse : b. < d. < a. < f. < e. < c.
QCM14
Pour la molécule suivante, classer les quatre substituants liés au carbone central par ordre de
priorité.
Réponse :
QCM15
Soit la molécule ci-contre ; Parmi les affirmations
Suivantes lesquelles sont correctes ?
a. Le carbone 2 est configuration absolue R.
b. Le carbone 2 est configuration absolue S.
c. Le carbone 3 est configuration absolue R.
102
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
d. Le carbone 3 est configuration absolue S.
e. La double liaison est de configuration Z.
f. La double liaison est de configuration E.
Réponse :
a.
c. f.
Question01
Déterminer la configuration absolue du carbone
asymétrique de la molécule suivante :
Question02
Parmi les représentation suivante ; lesquelles correspondent à l’acide (2S)-2-amino
propanoique.
Réponse : c.
d.
Question03
Pour les molécules suivantes, déterminer la configuration Z ou E des doubles liaisons et la
configuration absolue R ou S des carbones asymétriques.
103
Exercices Corrigés de Chimie
Réponse : a. S
b. S
1ère année médecine Université-Batna2
c. (2S,3S) d. E,E
104
e. Z
Exercices Corrigés de Chimie
1ère année médecine Université-Batna2
Références Bibliographiques
1. R. Ouahès et B. Dévallez; « Chimie générale » ; Edition OPU, 04, Alger (1993)
2. Yann Verchier, Anne-Laure Valette-Delahaye, Frédéric Le maître ; « Chimie
générale » ; 2eme Edition, Maxi fiches, Dunod, Paris (2011)
3. J.Mesplede; « Chimie, MPSI » ; Cours, Méthodes, Exercices résolus, Les
nouveaux Précis, Bréal (2003)
4.Michel Guymont ; « Structure de la matière : Atomes, liaisons
chimiques et cristallographie », Cours Chimie, Belin Sup (2003)
5. Bruno Fosset, Jean-Bernard Baudin, Frédéric Lahiète ; «
Chimie
tout-en-un » ; MPSI/PTSI, Dunod, Paris (2013)
6. Stéphane Bach, François Buet, Gisèle Volet ; « CAPES de Sciences physiques » ;
Tome 2 – Chimie, Cours et exercices, 3eme Edition, Belin Sup (2004)
7. Évelyne Chelain, Nadège Lubin-Germain, Jacques Uziel ; « Chimie organique »
; 3eme Edition, Maxi fiches, Dunod (2009, 2012, 2015)
8. R. Sutton, B. Rockett, P. Swindells; « Chimie pour les étudiants en médecine…et
pour tous ceux qui ne seront pas chimistes » ; Chemistry for the life sciences,
2éme Edition (2009) De Boeck
9. Richard Mauduit, Éric Wenner ; « Chimie générale en 30 fichiers » ; BTS,
Dunod, Paris, (2008)
10. Eddy Flamand, Jean-Luc Allard ; « Chimie Générale » ; 3eme Edition, Groupe
Modulo (2009)
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