CHIMIE LE 1 Octobre 2011 - PCSI

Samedi 1ier Octobre
Architecture de la matière
DEVOIR DE CHIMIE N°1
Durée : Une heure
Instructions générales :
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Les candidats doivent vérifier que le sujet comprend 3 pages.
Les candidats sont invités à porter une attention toute particulière à la qualité de la
rédaction, de l’orthographe et des justifications.
Si, au cours de l’épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur
d’énoncé, il le signale sur sa copie et poursuit sa composition en expliquant les raisons
des initiatives qu’il est amené à prendre.
L’usage d’une calculatrice n’est pas autorisé pour cette épreuve.
Les parties sont indépendantes. Elles peuvent être traitées dans l'ordre choisi par le
candidat.
Questions de cours (6 %)
1. Enoncer la règle de Hund
2. Définir l’énergie de premier attachement électronique.
3. Qu’est ce qu’un acide de Lewis ?
Problème 1 : Autour du brome (72 %)
Les questions de ce problème sont dans une large mesure indépendantes les unes des
autres.
Le brome a pour numéro atomique Z = 35.
1. A quoi correspond le numéro atomique d’un élément ?
Dans la nature, on trouve deux sortes d’atomes de brome : 79Br et 81Br.
2. Expliciter la différence entre 79Br et 81Br. Comment nomme-t-on la
relation entre ces deux espèces ?
3. Qu’appelle-t-on l’état fondamental d’un atome ?
4. Quelle est la configuration électronique du brome dans son état fondamental ?
5. Donner la définition du terme « électron de valence » puis appliquer cette définition au cas
du brome en entourant dans la configuration précédente ses électrons de valence. Préciser les
nombres quantiques associés aux orbitales atomiques (cases quantiques) occupés par les
électrons de valence
6. Représenter la répartition des électrons de valence dans leurs cases quantiques. Quelle(s)
règle(s) utilise-t-on pour obtenir cette répartition ?
7. Quel est le spin total de la configuration précédente ? Le brome est-il paramagnétique ou
diamagnétique dans son état fondamental ?
8. En expliquant le raisonnement, déduire de la configuration électronique précédente la
position du brome dans la classification périodique. (Ligne, colonne et bloc.)
9. Définir l’énergie de première ionisation d’un élément chimique.
10. On considère l’espèce obtenue après première ionisation du brome. Quelle est-elle ? On
cherche la répartition de ses électrons dans sa dernière sous-couche à l’état fondamental.
Parmi les propositions suivantes, déterminer laquelle y correspond et expliquer pourquoi on
ne retient pas les autres.
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11. On donne sur le graphique ci-après les énergies d’ionisation successives du brome (EI1 à
EI8).
Comment EIn varie-t-elle avec n ? Pourquoi ?
Expliquer ensuite la croissance un peu plus nette observée au niveau de EI6, puis celle encore
plus nette observée pour EI8.
12. L’énergie de première ionisation du brome est de 12 eV. Quelle est la longueur d'onde
maximale du photon capable d'ioniser une première fois le brome ? On rappelle que 1,0 eV =
1,6.10-19 J
Donnée : constante de Planck h = 6,62.10-34 J.s
13. Le brome appartient-il à une famille d’éléments particulière ? Si oui, laquelle ?
14. Retrouver les numéros atomiques de tous les autres éléments appartenant à la colonne du
brome en expliquant clairement votre démarche.
15. Parmi ces éléments, lequel est le plus électronégatif ? Définir ce terme.
16. Comment évolue le pouvoir oxydant au sein de la famille du brome ? Proposer une
expérience réalisable en travaux pratiques permettant de vérifier cette évolution du pouvoir
oxydant.
Problème 2 : Réduction du monoxyde d’azote en
monoxyde de diazote (22 %)
Le monoxyde d’azote NO est un sous-produit des processus de combustion à haute
température qui pose de nombreux problèmes en matière d’environnement. L’oxydation de
NO par l’oxygène de l’air produit le dioxyde d’azote NO2 qui est à l’origine des pluies acides.
De plus NO est un catalyseur de la réaction O3 + O → 2 O2 qui contribue à l’accroissement du
"trou d’ozone". Par conséquent, il est essentiel de pouvoir limiter au maximum la formation
de NO ou bien de pouvoir transformer NO en des produits respectant mieux l’environnement.
L’objet de ce problème est d’aborder divers aspects de la réaction de réduction par CO de NO
en monoxyde de diazote N2O catalysée par un complexe du palladium.
1. Donner les configurations électroniques à l’état fondamental de N et O.
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2. Rappeler la définition de l’électronégativité. Nommer deux échelles d’électronégativité
couramment utilisées.
3. Justifier qualitativement la différence d’électronégativité entre N et O.
4. Proposer une structure de Lewis pour NO. Pourquoi cette molécule se dimérise-t-elle
facilement ?
5. Proposer une ou plusieurs structure(s) de Lewis pour N2O compatible(s) avec le résultat de
la question 2 (O n’est lié qu’à un seul atome d’azote).
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