I ATOMISTIQUE ET LIAISON CHIMIQUE

UNIVERSITE HENRI POINCARE - NANCY I
FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES
SUJET D’EXAMEN
CODE APOGEE : LCMIN1U2C1
Durée du sujet : 2h
Nom du coordinateur : G. Monard
Calculette autorisée
Documents non autorisés
DIPLOME : LSM (L1-S1)
Epreuve de : CHIMIE-PHYSIQUE
Session de : juin 2008
Date :
Horaire :
Traiter les deux parties sur des copies distinctes.
Durée conseillée : 1h20 (1ère partie) et 40mn (2ème partie)
I ATOMISTIQUE ET LIAISON CHIMIQUE
Exercice 1 : modèles classiques
a) Donner la structure de Lewis des composés suivants.
HC*N, C*H3 C*OCH3 , CH3 Mg*Br, C6 H5 N*H2 et la molécule d’ozone O3 sachant qu’elle n’est
pas cyclique.
b) Proposez des formes mésomères pour la molécule d’ozone qui respectent la règle de l’octet.
c) Pour chacun des cinq composés précédents, prédire la géométrie à l’aide du modèle VSEPR pour
l’atome étoilé (dans le cas de l’ozone, on s’intéressera à l’atome d’oxygène central). On précisera
sur la représentation de type Cram le type AXn Em , la valeur approximative des angles et le nom
de la géométrie.
d) Expliquer pourquoi le benzène est plan : on pourra s’appuyer sur un schéma.
Données : 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 électronique de l’atome de carbone dans son état fondamental.
b) Calculer l’énergie électronique de l’atome de carbone dans son état fondamental en supposant que
les énergies des orbitales 1s, 2s et 2p valent respectivement -489,6, -34,4 et -27,2 eV.
c) Dans le modèle de Slater, quelle est la charge nucléaire effective Z* ressentie par un électron 1s ?
En déduire l’énergie pour un électron occupant une orbitale 1s, et comparer la valeur obtenue à la
valeur exacte donnée plus haut.
d) Calculer la longueur d’onde associée à une transition 2s → 2p. On donnera la valeur en nm.
Données : 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 célérité c vaut 3 * 108 m/s.
Pour deux électrons dans une orbitale 1s, on prendra une constante d’écran égale à 0,30.
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Exercice 3 : orbitales moléculaires de O2
On se propose de construire le diagramme d’orbitales moléculaires pour la molécule O2 . L’axe de la
liaison est noté z. On précisera la forme des orbitales moléculaires (OMs).
Pour aider à la construction de ce diagramme, on répondra aux questions suivantes.
a) On ne fait souvent figurer que les orbitales 2s et 2p. Pourquoi ?
b) Pourquoi les orbitales 2s et 2px n’interagissent pas ? Un schéma est demandé.
c) Donner la configuration électronique de la molécule de dioxygène dans son état fondamental. Estelle para- ou diamagnétique ?
d) Calculer l’ordre de liaison. Ce résultat est-il en accord avec la structure de Lewis ?
II THERMODYNAMIQUE CHIMIQUE
Exercice 1
On donne la réaction homogène en phase gazeuse suivante :
N2 (g) + 3 H2 (g) = 2 N H3 (g)
a) A 298 K puis à 398K, calculer l’enthalpie standard de cette réaction (dans cette plage de températature,
on admettra que les capacités calorifiques molaires à 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 réaction.
c) A 298K, calculer son enthalpie libre standard et la constante d’équilibre K0 .
Exercice 2
Un récipient fermé 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’équilibbre K0 est très grande
(K0 >> 1), dans quel sens se déplace cette réaction pour atteindre son état d’équilibre ?
b) On considère que la réaction précédente est dans son état d’équilibre. Dans quel sens évolue cet
équilibre si l’on diminue le volume du réacteur ? Dans quel sens varie la contante d’équilibre K0 si
l’on augmente la température ? (une réponse qualitative justifiée peut suffire).
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Exercice 3
Rappeler la définition d’une réaction de formation d’un composé. La réaction précédente répond-t’elle
exactement à cette définition ?
Remarque : Toutes les questions (sauf 1-c)) sont indépendantes les unes des autres.
Données (à 298 K) :
∆ f H0 (kJ.mol−1 )
S0 (J.K−1 .mol−1 )
C p 0 (J.K−1 .mol−1 )
N2 (g)
191,5
29,1
H2 (g)
130,6
28,8
192,3
35,1
N H3 (g)
-46,1
R = 8,31 J.K−1 .mol−1
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