entrainement ds n°1

PCSI% % % % 2014*2015%
%
1%
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*19%J%%
% % Constante%des%gaz%parfaits%:%R%=%8,31%J.K*1.mol*1%
% % 1bar%=%105Pa%
% % Numéros%atomiques%:% ZZ(O)%=%8%;%Z(As)%=%33%et%Z(Br)%=%35.%
%
%
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#
qui# restaient# à# découvrir,# et# même# de# pouvoir# prédire# les# propriétés# de# ces# éléments# alors# inconnus.# C’est# au# début# du# 20ième#
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.%
CiJcontre,#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#…#

PCSI% % % % 2014*2015%
%
2%
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.%
L’arsenic%peut%donner%des%ions%arsénites%
€
AsO3
3−
,%arséniates%
€
AsO4
3−
%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%
délocalisation%des%électrons%seront%clairement%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.%
On%rappelle%que%l’azote%(N)%est%le%1ier%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%:%
Ci%(mol.L*1)%
1,00.10*4%
2,00.10*4%
4,00.10*4%
6,00.10*4%
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%
le%pharmacien%:%diiode%10%g.L*1%%
Donnée#:#M(I)#=#126,9#g.molJ1#
%