entrainement ds n°1

PCSI 2014-­‐2015 ENTRAINEMENT DS N°1 Exercice 1 : le tableau périodique des éléments et l’arsenic Données : Constante de Planck h = 6,62×10−34 (J.s Célérité c = 3,00 ×108 &m.s−1 1,0 ev = 1,6.10 J -­‐1
-­‐1 Constante des gaz parfaits : R = 8,31 J.K .mol
5
1bar = 10 Pa Numéros atomiques : ZZ(O) = 8 ; Z(As) = 33 et Z(Br) = 35. -­‐19
Ci-­‐contre, un timbre de collection produit à l’occasion de la commémoration du centenaire de la classification périodique des éléments et en l’honneur des travaux de Mendeleïev. Nous pouvons y apercevoir le classement qu’il proposa alors à l’époque au travers de quelques notes manuscrites. Par exemple, le chrome (Cr), le molybdène (Mo) et le tungstène (W) sont situés sur la 3ième ligne alors qu’actuellement ces mêmes éléments sont regroupés au sein de la 4ième colonne du tableau périodique … Enfin, notez la date : 18 Février 1869 … Le précurseur de la classification périodique actuelle est le chimiste russe Mendeleïev, bien qu’il construisit en 1869 une table différente mais similaire dans son principe. L’intérêt de ses travaux était de proposer une classification systématique des éléments chimiques connus à l'époque en vue de souligner la périodicité de leurs propriétés chimiques, d'identifier les éléments ième
qui restaient à découvrir, et même de pouvoir prédire les propriétés de ces éléments alors inconnus. C’est au début du 20 siècle, avec l’avènement de la mécanique quantique, que le principe de construction de la classification périodique fut totalement élucidé. I. Le tableau périodique des éléments 1. Comment les éléments sont-­‐ils classés dans le tableau périodique actuel ? Il est d’usage de découper le tableau périodique des éléments en « blocs ». 2. Représenter avec la plus grande précision possible, le découpage en blocs du tableau périodique des éléments. Pour chacun des blocs, donner le nombre de colonnes et de lignes ainsi que le nom associé. 3. A quelle famille chimique les éléments de la 17ième colonne du tableau périodique appartiennent-­‐ils ? Citer les trois premiers par ordre croissant de numéro atomique. Quel est l’ion le plus probable de ces éléments ? Pourquoi ? II. L’élément arsenic L’Arsenic (symbole As) est un élément chimique de numéro atomique Z = 33, appartenant à la famille des pnictogènes. Il existe un seul isotope naturel de l’arsenic dont le nombre de masse est A = 75. Reconnu comme toxique, il présente des propriétés intermédiaires entre celles des métaux et des métalloïdes. Son nom vient du latin arsenicum qui signifie « pigment jaune ». Sa racine grecque arsenikon signifie « qui dompte le mâle » en raison de sa forte toxicité. Le prénom Arsène est tiré de la même racine grecque arsen (« mâle »). 1. Donner la composition du noyau de l’isotope naturel de l’arsenic. 2. Citer et énoncer les règles et principes permettant d’établir la configuration électronique d’un élément à l’état fondamental. 3. En déduire la configuration électronique de l’Arsenic à l’état fondamental. Indiquer les électrons de cœur et les électrons de valence. 4. Représenter sur un diagramme énergétique le remplissage électronique des sous-­‐couches de valence de l’Arsenic. (
)
5. Déterminer tous les triplets n,,m de nombres quantiques permettant de décrire les orbitales atomiques de valence occupées de l’Arsenic. 1 PCSI 2014-­‐2015 6. Déterminer les coordonnées de l’Arsenic (période, colonne) dans la classification périodique des éléments. 7. Dans la colonne de l’arsenic, on trouve juste en dessous, selon leur numéro atomique croissant, l’antimoine et le bismuth de symboles respectifs Sb et Bi. Déterminer le numéro atomique de ces éléments en justifiant. Donner sans justifier, le symbole et le numéro atomique des deux éléments dans la même colonne et au-­‐dessus de l’arsenic. 8. Définir l’électronégativité d’un élément. Ranger les éléments de la colonne de l’arsenic par électronégativité croissante en justifiant brièvement. 9. L’énergie de première ionisation est l’énergie minimale à fournir pour arracher un électron à un atome isolé et gazeux à l’état fondamental. L’énergie de première ionisation de l’atome d’arsenic est E1 = 9,79 eV. Calculer la longueur d’onde approximative du photon susceptible d’ioniser un atome d’arsenic. A quel domaine du spectre électromagnétique le rayonnement correspondant appartient-­‐il ? III. Les molécules de l’Arsenic L’arsine de formule AsH3 est un gaz incolore et toxique qui a été utilisé en association avec d’autres gaz dans les obus chimiques de la Première Guerre mondiale. 1. Donner la formule de Lewis de l’arsine. 3−
3−
L’arsenic peut donner des ions arsénites AsO3 , arséniates AsO4 et méta-­‐arsénites AsO2 .
−
2. Proposer une structure de Lewis pour chacun de ces trois ions. 3. Ecrire soigneusement les principales formules mésomères des ions méta-­‐arsénites AsO2 . Les flèches montrant la € seront clairement €
€
délocalisation des électrons précisées. 4. Quel commentaire peut-­‐on faire quant à la longueur des liaisons AsO dans l’ion méta-­‐arsénite ? L’arsenic est susceptible de s’associer au brome pour former des bromures de formule brute AsBr3 et AsBr5. €
5. Représenter le schéma de Lewis de ces bromures. ier
On rappelle que l’azote (N) est le 1 élément de la colonne dans laquelle est positionné l’arsenic. Le phosphore (P) est juste au-­‐
dessous de l’azote. 6. Les mêmes bromures sont-­‐ils envisageables avec l’azote et le phosphore ? Justifier. 7. A quelle famille chimique le brome (Br) appartient-­‐il ? Quel ion formera-­‐t-­‐il facilement ? Justifier. −
Exercice 2 : Dosage par étalonnage Le Lugol est une préparation de couleur marron vendue en pharmacie constituée de diiode I2 dissous dans une solution aqueuse d’iodure de potassium Pour une telle préparation S élaborée dans une pharmacie, on procède à un dosage spectrophotométrique par étalonnage. Pour cela, on prépare diverses solutions étalons de concentrations en diiode, Ci, connues, on mesure leurs absorbances Ai à une longueur d’onde donnée et on trace Ai = f(Ci). La mesure de l’absorbance d’une solution diluée de Lugol permet d’en déduire la concentration cherchée. On dispose de quatre solutions étalons S1, S2, S3 et S4 de concentrations C1, C2, C3 et C4 dont on mesure l’absorbance avec un spectrophotomètre à λ = 440 nm. Les résultats sont présentés dans le tableau ci-­‐dessous : -­‐1
-­‐4 -­‐4 -­‐4 -­‐4
Ci (mol.L ) 1,00.10 2,00.10 4,00.10 6,00.10 Ai 0,187 0,365 0,738 1,100 La solution commerciale a été diluée 100 fois. L’absorbance de la solution S’ ainsi obtenue, mesurée pour λ = 440 nm, vaut AS = 0,725. 1. Dans quelle zone de couleur se trouve la longueur d’onde choisie ? Justifier le choix de cette longueur d’onde. 2. Rappeler la loi de Beer-­‐Lambert. Cette loi est-­‐il suivie par les solutions étalons ? 3. En déduire la concentration de la solution commerciale S. Comparer avec la valeur annoncée par -­‐1
le pharmacien : diiode 10 g.L -­‐1 Donnée : M(I) = 126,9 g.mol
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