I ATOMISTIQUE ET LIAISON CHIMIQUE

UNIVERSITE HENRI POINCARE - NANCY I
FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES
DIPLOME : LSM (L1-S1)
Epreuve de : CHIMIE-PHYSIQUE
Session de : juin 2008
Date :
Horaire :
SUJET D’EXAMEN
CODE APOGEE : LCMIN1U2C1
Dur´ ee du sujet : 2h
Nom du coordinateur : G. Monard
Calculette autoris´ ee
Documents non autoris´ es
Traiter les deux parties sur des copies distinctes.
Dur´ ee conseill´ ee : 1h20 (1` ere partie) et 40mn (2` eme partie)
I ATOMISTIQUE ET LIAISON CHIMIQUE
Exercice 1 : mod`eles classiques
a) Donner la structure de Lewis des compos´ es suivants.
HC*N, C*H3C*OCH3, CH3Mg*Br, C6H5N*H2et la mol´ ecule d’ozone O3sachant qu’elle n’est
pas cyclique.
b) Proposez des formes m´ esom` eres pour la mol´ ecule d’ozone qui respectent la r` egle de l’octet.
c) Pour chacun des cinq compos´ es pr´ ec´ edents, pr´ edire la g´ eom´ etrie ` a l’aide du mod` ele VSEPR pour
l’atome ´ etoil´ e (dans le cas de l’ozone, on s’int´ eressera ` a l’atome d’oxyg` ene central). On pr´ ecisera
sur la repr´ esentation de type Cram le type AXnEm, la valeur approximative des angles et le nom
de la g´ eom´ etrie.
d) Expliquer pourquoi le benz` ene est plan : on pourra s’appuyer sur un sch´ ema.
Donn´ ees : Z(H)=1 ;Z(C)=6 ;Z(N)=7 ;Z(O)=8 ;Z(Mg)=12 ;Z(Br)=35
Exercice 2 : l’atome de carbone
a) Donner la structure ´ electronique de l’atome de carbone dans son ´ etat fondamental.
b) Calculer l’´ energie ´ electronique de l’atome de carbone dans son ´ etat fondamental en supposant que
les ´ energies des orbitales 1s, 2s et 2p valent respectivement -489,6, -34,4 et -27,2 eV.
c) Dans le mod` ele de Slater, quelle est la charge nucl´ eaire effective Z* ressentie par un ´ electron 1s ?
En d´ eduire l’´ energie pour un ´ electron occupant une orbitale 1s, et comparer la valeur obtenue ` a la
valeur exacte donn´ ee plus haut.
d) Calculer la longueur d’onde associ´ ee ` a une transition 2s →2p. On donnera la valeur en nm.
Donn´ ees : on rappelle la valeur du Rydberg I=13,6 eV. Un eV vaut 1,8 * 1019 J.
La constante de Planck h vaut 6.62 * 10−34 J/s, la c´ el´ erit´ e c vaut 3 * 108m/s.
Pour deux ´ electrons dans une orbitale 1s, on prendra une constante d’´ ecran ´ egale ` a 0,30.
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Exercice 3 : orbitales mol´eculaires de O2
On se propose de construire le diagramme d’orbitales mol´ eculaires pour la mol´ ecule O2. L’axe de la
liaison est not´ e z. On pr´ ecisera la forme des orbitales mol´ eculaires (OMs).
Pour aider ` a la construction de ce diagramme, on r´ epondra aux questions suivantes.
a) On ne fait souvent figurer que les orbitales 2s et 2p. Pourquoi ?
b) Pourquoi les orbitales 2s et 2pxn’interagissent pas ? Un sch´ ema est demand´ e.
c) Donner la configuration ´ electronique de la mol´ ecule de dioxyg` ene dans son ´ etat fondamental. Est-
elle para- ou diamagn´ etique ?
d) Calculer l’ordre de liaison. Ce r´ esultat est-il en accord avec la structure de Lewis ?
II THERMODYNAMIQUE CHIMIQUE
Exercice 1
On donne la r´ eaction homog` ene en phase gazeuse suivante :
N2(g) + 3 H2(g) = 2 NH3(g)
a) A 298 K puis ` a 398K, calculer l’enthalpie standard de cette r´ eaction (dans cette plage de temp´ eratature,
on admettra que les capacit´ es calorifiques molaires ` a pression constante restent constantes). Celle-ci
est-elle exo ou endothermique ?
b) A 298K, calculer son entropie standard. Expliquer qualitativement le signe de cette entropie standard
de r´ eaction.
c) A 298K, calculer son enthalpie libre standard et la constante d’´ equilibre K0.
Exercice 2
Un r´ ecipient ferm´ e de volume V contient initialement une mole de N2(g), une mole de H2(g) et une mole
de NH3(g) sous une pression totale initiale de 2 bar.
a) Calculer la pression initiale de chaque gaz. Sachant que la contante d’´ equilibbre K0est tr` es grande
(K0>> 1), dans quel sens se d´ eplace cette r´ eaction pour atteindre son ´ etat d’´ equilibre ?
b) On consid` ere que la r´ eaction pr´ ec´ edente est dans son ´ etat d’´ equilibre. Dans quel sens ´ evolue cet
´
equilibre si l’on diminue le volume du r´ eacteur ? Dans quel sens varie la contante d’´ equilibre K0si
l’on augmente la temp´ erature ? (une r´ eponse qualitative justifi´ ee peut suffire).
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Exercice 3
Rappeler la d´ efinition d’une r´ eaction de formation d’un compos´ e. La r´ eaction pr´ ec´ edente r´ epond-t’elle
exactement ` a cette d´ efinition ?
Remarque : Toutes les questions (sauf 1-c)) sont ind´ ependantes les unes des autres.
Donn´ ees (` a 298 K) :
∆fH0(kJ.mol−1) S0(J.K−1.mol−1) Cp0(J.K−1.mol−1)
N2(g) 191,5 29,1
H2(g) 130,6 28,8
NH3(g) -46,1 192,3 35,1
R = 8,31 J.K−1.mol−1
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