CHI110_ExamenDecembre_Session1_2015-2016_Fr

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UJF-DLST-UE CHI110 – EPREUVE TERMINALE 1ERE SESSION - lundi 14 décembre 2015
N° d’anonymat :
La durée de l’épreuve est de 2h00. Les documents personnels ne sont pas autorisés, seul un
dictionnaire de langue peut être autorisé pour les étrangers. Une calculatrice personnelle sans
accès internet est autorisée. Le sujet se compose de 4 parties indépendantes. Il comporte 4 pages
recto/verso
A- Représentation moléculaire
Données : Numéros atomiques : Z = 6 pour C ; Z = 8 pour O ; Z = 9 pour F ; Z = 14 pour Si
1. Donner la composition du noyau de l’atome de calcium
4020
Ca.
2. Préciser, en justifiant, la position de l’élément dans le tableau périodique. Combien cet élément
comporte-t-il d’électrons de valence ?
3. Quelle est la charge de l’ion le plus courant du calcium. ? Donner la configuration électronique de cet
ion.
4. L’anion carbonate (CO
32-
) forme avec l’ion calcium un composé ionique appelé carbonate de calcium que
l’on rencontre dans la coquille des mollusques (forme aragonite) ou dans le calcaire (forme calcite).
4.1. Donner la formule brute du carbonate de calcium.
4.2. Ecrire une formule de Lewis de l’anion carbonate et proposer des formes mésomères.

2
4.3. Représenter l’hybride de résonance et donner en utilisant le modèle VSEPR la géométrie de
l’anion carbonate. Préciser au mieux les angles des liaisons autour du C.
5. Vérifier que l’élément silicium est dans la même famille que l’élément carbone en justifiant votre
réponse.
6. Etudier à l’aide de la méthode VSEPR, la géométrie des 3 édifices suivants : SiO
2
, SiO
32-
et SiO
44-
Préciser au mieux dans chaque cas la géométrie de la figure de répulsion et celle de l’espèce ainsi
que les angles des liaisons autour du Si (Si est l’atome central de chaque édifice).

3
6.1. SiO
2
, SiO
32-
et SiO
44-
possèdent chacun une seule longueur de liaison Si-O caractéristique.
Classer, en le justifiant, de la plus courte à la plus longue les distances Si-O de ces 3 espèces.
6.2. Compte tenu de la différence d’électronégativité entre l’oxygène (χ = 3,5) et le silicium (χ = 1,8),
SiO
2
possède-t-il un moment dipolaire ? Justifier votre réponse.
B- Méthode CLOA et diagramme d’énergie d’OM ; hybridation du carbone
Données : Numéros atomiques : Z = 1 pour H ; Z = 6 pour C ; Z = 8 pour O.
1. Pour l’édifice C
22-
, l’axe de la liaison C-C étant choisi comme axe z, décrire à l’aide de schémas le
caractère nul ou non nul du recouvrement entre (1) les OA 2s des deux atomes de C, (2) l’OA 2s
d’un atome de C et l’OA 2p
z
de l’autre, (3) l’OA 2s d’un atome de C et l’OA 2p
x
de l’autre, (4) les OA
2p
y
des deux atomes de C, et (5) les OA 2p
z
des deux atomes de C.
(1) 2s+2s (2) 2s+2pz
(3) 2s+2px (4) 2py+2py
(5) 2pz+2pz

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2. En ce qui concerne les recouvrements précédents qui sont non nuls, donner le type (σ ou π) des OM
formées.
(1) 2s+2s (2) 2s+2pz (3) 2s+2px
(4) 2py+2py (5) 2pz+2pz
3. Un diagramme des niveaux d’énergie des OM est donné ci-dessous pour l’ion C
22-
. Compléter ce
diagramme avec :
- des traits pointillés reliant les niveaux d’OM avec les niveaux des OA dont elles sont issues.
- le nom des OA de départ et le nom de chaque OM construite (nom rendant compte des propriétés
de symétrie). Préciser le caractère antiliant (*) de certaines OM.
- La répartition des électrons de valence dans les niveaux d’OM de façon à représenter l’état
fondamental de l’édifice ionique.
4. Donner la configuration électronique de l’édifice dans cet état.
5. Cet ion moléculaire est-il diamagnétique ou paramagnétique ?
6. Calculer l’indice de liaison et comparer avec la formule de Lewis usuelle pour cet édifice.
ion moléculaire C
2
2
-
ion
1
ion
2

5
7. Pour l’éthène C
2
H
4
, représenter à l’aide des OA hybrides le squelette σ de la molécule (préciser les
OA mises en jeu pour les atomes H). Mettre en évidence la formation de la double liaison.
8. Préciser l’état d’hybridation de chaque atome de carbone de la molécule (A) suivante :
H
3
C-CH=CH-COOH, la représenter en tenant compte des angles de liaison et préciser le nombre
maximum d’atomes coplanaires de la molécule.
9. Compléter la formule semi-développée de la molécule (A) avec le formalisme de Lewis et proposer
une autre formule mésomère limite (forme B).
C- Cristallochimie
1. Le calcium métallique cristallise dans une structure de type cubique à faces centrées (cfc), de
paramètre de maille a = 560 pm. Représenter la maille correspondante en projection sur une face.
H
3
C
—
CH CH
—
COOH
—
—