CHI110_ExamenDecembre_Session1_2015-2016_Fr

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
40
20Ca.
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.
2-
4. L’anion carbonate (CO3 ) 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.
1
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.
2-
4-
6. Etudier à l’aide de la méthode VSEPR, la géométrie des 3 édifices suivants : SiO2, SiO3 et SiO4
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).
2
2-
6.1. SiO2, SiO3
4-
et SiO4
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),
SiO2 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.
2-
1. Pour l’édifice C2 , 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 2pz de l’autre, (3) l’OA 2s d’un atome de C et l’OA 2px de l’autre, (4) les OA
2py des deux atomes de C, et (5) les OA 2pz des deux atomes de C.
(1) 2s+2s
(2) 2s+2pz
(3) 2s+2px
(4) 2py+2py
(5) 2pz+2pz
3
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
(4) 2py+2py
(5) 2pz+2pz
(3) 2s+2px
2-
3. Un diagramme des niveaux d’énergie des OM est donné ci-dessous pour l’ion C2 . 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
-
La répartition des électrons de valence dans les niveaux d’OM de façon à représenter l’état
de symétrie). Préciser le caractère antiliant (*) de certaines OM.
fondamental de l’édifice ionique.
ion 1
ion moléculaire C2
2-
ion 2
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.
4
7. Pour l’éthène C2H4, 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 :
H3C-CH=CH-COOH, la représenter en tenant compte des angles de liaison et préciser le nombre
maximum d’atomes coplanaires de la molécule.
H3C—CH—CH—COOH
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.
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2. Quelles sont les coordonnées des atomes justes nécessaires à la description de la maille cubique
faces centrées ?
3. Indiquer la coordinence du calcium. Quel est le nombre d’atomes par maille de cette structure ?
4. Ecrire la relation entre le paramètre de maille a et le rayon métallique que l’on peut attribuer au
calcium dans ce modèle et calculer ce rayon.
5. Reproduire la maille en projection sur une face de la question 1 et indiquer sur votre dessin la
position des sites interstitiels octaédriques et tétraédriques. Quel est le nombre de sites
octaédriques et tétraédriques par maille cfc ?
6
6. Calculer le rayon de l’espèce qui pourrait s’insérer dans les sites tétraédriques sans déformation du
réseau.
7. Calculer le rayon de l’espèce qui pourrait s’insérer dans les sites octaédriques sans déformation du
réseau.
8. Le magnésium forme avec le calcium un alliage utilisé dans la métallurgie du plomb. Le rayon du
magnésium Mg est de 150 pm. Comment cet élément se place-t-il dans le réseau cfc du calcium ?
D- Forces intermoléculaires
Données : Numéros atomiques : Z = 9 pour F ; Z = 17 pour Cl ; Z = 35 pour Br ; Z = 53 pour I.
Le tableau suivant rassemble les températures d’ébullition à la pression de 1 bar des halogénures
d’hydrogène HX ainsi que la valeur du moment dipolaire des molécules correspondantes.
HX
HCl
HBr
HI
µ /D
1,03
0,79
0,38
Teb. /°C
- 85
- 67
- 51
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1. Expliquer succinctement pourquoi l’interaction entre dipôles permanents seule ne permet pas de
justifier l’évolution des températures d’ébullition.
2. Quel(s) autre(s) facteur(s) permet(tent) de rendre compte que la température d’ébullition de HI soit
supérieure à celle de HCl ?
3. La température d’ébullition de HF est de + 20°C. Qu’est-ce qui justifie que cette température soit
plus haute que celle des autres composés de la série ?
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