énoncé - L`UTES

Année 2011-2012
1ère période 1ère session
U.E. LC 101 : Introduction à la chimie
Durée de l’épreuve : 2 heures
N° d'anonymat:
Seules les calculatrices non graphiques et non programmables sont autorisées.
Les réponses aux questions doivent être données dans les cadres correspondants.
En fin d’épreuve, les 6 pages du sujet doivent être rendues dans une copie double
d’examen sur laquelle votre nom, prénom et numéro d’anonymat devront être indiqués
dans le coin prévu à cet effet (coller le rabat).
- Les données numériques nécessaires sont regroupées en fin de sujet A propos de l’iode
L’iode a été découvert en 1812 par le chimiste Courtois. A l’état libre, il se trouve sous la forme
moléculaire I2. Sous cette forme, en solution dans l’éthanol, il est utilisé comme désinfectant (teinture
d’iode). C’est aussi un oligo-élément (stocké dans la glande thyroïde) essentiel à la vie humaine.
A- ATOMISTIQUE
(temps conseillé : 25 mn)
A-1) Son numéro atomique est 53. Ecrire sa configuration électronique dans l’état fondamental. On
explicitera la couche de valence sous forme de cases quantiques.
A-2) Déterminer la position (période et colonne) de l’iode dans le tableau périodique. A quelle famille
appartient-il ?
Période
Colonne
Famille
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A-3) Le seul isotope naturel de l’iode est
l’iode atomique et de l’ion iodure I .
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I. Donner le nombre de protons, neutrons et électrons de
A-4) L'isotope radioactif le plus répandu est l’iode 131 produit au cours des réactions de fission dans les
- réacteurs nucléaires ; il est émetteur β (e ).
a) Ecrire la réaction de désintégration.
b) Identifier la famille de l’élément engendré par cette désintégration.
A-5) L'énergie de première ionisation de l’iode est de 10,45 eV.
a) Déterminer la longueur d'onde maximale de la radiation électromagnétique permettant
l’ionisation de I.
b) Dans quel domaine spectral se situe-t-elle ?
B- LIAISONS CHIMIQUES
(temps conseillé : 45 mn)
B-1) L’iode se combine avec l’oxygène pour donner, entre autres, l’acide iodique HIO3.
Pour l’ion IO3 , donner un schéma de Lewis rendant compte de l’équivalence des trois atomes
d’oxygène.
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B-2) L’iode se combine également avec des éléments de sa famille comme le chlore ou le fluor pour
donner des ions ou des molécules polyatomiques
stables. On
considère parmi ceux-ci :
ICl2
ICl3
ICl4
IF5
Pour chaque composé, donner le schéma de Lewis, sa formule VSEPR (AXnEm) et en déduire la
géométrie que l’on explicitera sous forme d’un dessin.
Espèce chimique
ICl2
-
ICl3
ICl4
-
IF5
Schéma de
Lewis :
AXnEm :
Géométrie :
B-3) A l’aide des valeurs d’électronégativité données en annexe, indiquer la polarité des liaisons dans
HI et HF. Quelle est la molécule la plus polaire ?
B-4) Le moment dipolaire de HI est 1,27 10-30 C.m et la distance DHI=161 pm. Celui de HF vaut
6,10 10-30 C.m et DHF= 92 pm. Calculer le caractère ionique partiel des liaisons H-I et H-F.
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B-5) En solution dans l’eau, solvant polaire, HF est un acide faible alors que HI est un acide très fort.
Ceci est-il en accord avec les résultats de la question précédente ? Expliquer.
C- SOLIDE IONIQUE
(temps conseillé : 30 mn)
+
-
Des pastilles d’iodure de potassium (K ,I ) sont stockées afin d’être distribuées aux habitants vivant
près d’une centrale nucléaire en cas d’accident nucléaire majeur. Les ions I saturent la glande thyroïde
en iode empêchant ainsi la fixation par celle-ci de l’iode 131 radioactif, potentiellement générateur de
cancers.
C-1) Les rayons ioniques des ions K+ et I sont respectivement 138 et 220 pm.
Où se placent les ions K+ dans la structure cubique faces centrées (CFC) formée par les ions I ? On
complètera le schéma ci-dessous et l’on justifiera avec précision sa réponse.
Justification :
cations
anions
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C-2) Déterminer le nombre de groupements formulaires par maille élémentaire; on justifiera son calcul.
C-3) Calculer le paramètre de maille de KI ainsi que sa masse volumique.
C-4) La valeur expérimentale du paramètre de maille, a, est égale à 707 pm. Ce résultat est-il en accord
avec le modèle des sphères rigides ? On justifiera sa réponse.
D- STEREOCHIMIE
(temps conseillé : 20 mn)
D'un point de vue médical, les composés biologiques de l'iode les plus importants dans la physiologie
humaine sont les hormones thyroïdiennes : la thyroxine (T4) et la triiodothyronine (T3).
Thyroxine (hormone T4)
Triiodothyronine (hormone T3)
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D-1) Déterminer le nombre de carbones asymétriques de la thyroxine (hormone T4).
D-2) Donner l’ordre de priorité selon les règles de Cahn, Ingold et Prelog des substituants situés sur le
carbone portant la fonction NH2. En déduire la configuration absolue de ce carbone.
D-3) Peut-on prévoir de ce qui précède le pouvoir rotatoire (dextrogyre/levogyre) de la thyroxine T4
représentée ci-dessus ?
D-4) Le citral (C10H16O), constituant majeur de l'huile de citronnelle, possède deux stéréoisomères : le
néral et le géranial.
A
B
Sachant que le géranial est de configuration E, de quelle molécule (A ou B) s’agit-il ? On justifiera sa
réponse en donnant l’ordre des substituants sur la double liaison responsable de cette stéréoisomérie.
Données :
Masses Molaires : M(K) = 39,1 g.mol-1
Electronégativités : χH = 2,20 χO = 3,44
Constante de Planck : h = 6,63 10-34 J.s
Vitesse de la lumière dans le vide : c = 3,00 108 m.s-1
1 eV = 1,60 10-19 J
M(I) = 126,9 g.mol-1
χF = 3,98
χK = 0,82 χI = 2,66
(Pauling)
Charge de l'électron : - e = -1,60 10-19 C
Constante d'Avogadro : NA=6,02 1023 mol-1
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