5) Propriétés corps moléculaires

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Propriétés des corps moléculaires
Corrigé des exercices
Corps moléculaires et formule de Lewis
1
Quels sont les corps moléculaires dans la liste ci-dessous?
CaCl2
I2
C2 H6
NaBr
N2
Cu
Réponse :
Les corps moléculaires sont : I2, C2H6 et N2. Ils forment des liaisons covalentes.
CaCl2 et NaBr sont des corps ioniques ou sels (liaisons ioniques) et Cu est un métal (les
atomes de Cu sont liés par la liaison métallique).
2
Lesquels des corps de la question n° 1 conduisent-ils le courant électrique :
a) à l'état solide ?
b) à l'état liquide ?
Réponses :
a) A l'état solide, seul les métaux conduisent l'électricité, c'est-à-dire le Cu.
b) A l'état liquide, les métaux et les sels conduisent l'électricité, c'est-à-dire CaCl2,
NaBr et Cu.
3
La neige carbonique (ou dioxyde de carbone) se sublime à – 79 °C.
a) Les forces qui maintiennent ensemble les constituants du réseau cristallin du
dioxyde de carbone sont-elles fortes ou faibles ?
b) Le dioxyde de carbone est-il un composé ionique ou un composé moléculaire ?
Réponses :
a) Elles sont faibles puisque le CO2 se sublime à une température très froide.
b) C'est un composé moléculaire : O=C=O.
4
Quel est le composé ayant la température de fusion la plus élevée :
NH3 ou NaCI ?
Réponse :
Il s'agit de NaCl. Les forces électrostatiques entre Na+ et Cl- sont beaucoup plus grande
que les forces réticulaires dans NH3 qui est une molécule non-chargée.
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5
On donne deux formules chimiques: NaH et HCI.
Que pouvez-vous prévoir en ce qui concerne :
- le type de liaison chimique rencontré dans ces deux corps?
- leurs températures de fusion?
- la conductibilité électrique de ces deux corps à l'état liquide?
Réponses :
Le type de liaison chimique est ionique pour NaH (un métal et un non-métal) avec Na+ et
H–. Par contre, le type de liaison est covalent pour HCl (deux non-métaux).
La température de fusion de NaH sera ainsi plus élevée, car il y a une attraction
électrostatique entre Na+ et H– beaucoup plus grande que les forces réticulaires de HCl.
Les points de fusion respectifs de NaH et HCl sont de 800 °C et de – 114,8 °C.
NaH liquide conduit l'électricité comme tous les sels. Par contre, HCl est une molécule
covalente, donc ne conduit pas l'électricité.
6
Dessinez les formules de Lewis des molécules ci-dessous, en précisant la forme de
chacune des molécules et en indiquant la valeur approximative des angles entre les
liaisons.
a) PCl3
b) H2S
c) C2H2
d) SiF4
e) CCI4
f) NF3
g) CS2
h) COCl2
i) CH2O
Réponses :
Cl
P
Cl
a)
P
Cl
Cl
Cl
Cl
α
α = 109,5°
(L'angle entre les liaisons Cl–P de 109,5° est en fait comprimé par la paire libre du
phosphore : l'angle α réel est de 107°).
H
b)
H
S
α
H
α = 109,5°
S
H
(L'angle entre les deux liaisons H–S de 120° est en fait comprimé par les deux paires
libres du soufre : l'angle α réel est de 105°).
α
c)
H
C
C
α
α = 180°
H
H
C
C
H
-2-
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F
d)
F
F
Si
F
Si
F
F
e)
Cl
Cl
C
Cl
C
Cl
Cl
F
F
α
Cl
α = 109,5°
F
N
α
F
N
f)
F
F
α = 109,5°
Cl
Cl
F
α = 109,5°
F
α
α
g)
S
C
S
S
C
O
O
C
Cl
Cl
α
O
β
β
i)
C
α = β = 120°
C
Cl
O
H
β
β
h)
Cl
α = 180°
S
α = β = 120°
C
H
H
H
α
Les règles de Gillespie (modèle VSEPR)
7
Donner la formule d'une molécule de forme tétraédrique
Réponse :
H
CH4
H
C
H
H
H
C
H
H
H
-3-
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8
Dessiner la formule de Lewis et donner la géométrie des molécules suivantes :
a) NCI3
b) HF
c) CHCI3
Réponses :
Cl
N
Cl
N
a)
Cl
α
Cl
b)
H
F
H
c)
Cl
Cl
Cl
C
α = 107,1°
Pyramidale à base triangulaire
pas d’angle !
Linéaire
α = 109,5°
Tétraédrique
H
Cl
C
Cl
Cl
Cl
Cl
α
9
Donner la formule et la géométrie d'une molécule de type AX2E2 selon Gillespie et qui
possède un atome de soufre.
Réponse :
Il faut donc une molécule avec un atome central possédant deux électrons célibataires et
deux paires libres. C'est le cas du soufre. Le sulfure d'hydrogène est bien de type AX2E2 :
H
α
α = 109,5°
H
S
H
S
H
10
En quoi NaH et HCI se différencient-ils ?
Réponse :
NaH est un composé ionique avec Na+ et H– (il y a eu un échange d'un électron), tandis
que HCl est moléculaire (mise en commun de deux électrons).
11
Donner la formule de Lewis et la géométrie d'une molécule de méthanal (CH2O).
Réponse :
O
O
α
α
α = 120°
C
C
H
α
Le méthanal est une molécule plane.
H
H
H
-4-
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12
Donner la formule de Lewis et la géométrie d'une molécule de gaz carbonique (CO2).
Réponse :
α
O
C
O
O
C
O
α = 180°
Le gaz carbonique est une molécule linéaire.
13
Dessiner la formule de Lewis et donner la géométrie des molécules suivantes :
a) C2H6 (éthane)
b) C2H4 (éthène ou éthylène)
c) C2H2 (éthyne ou acétylène)
Réponses :
a)
H
H
H
H
C
C
H
H
C
C
H
H
H
C
H
C
C
C
α = 120°
C
α
H
H
H
H
H
C
H
H
H
H
α = 109,5°
C
α
H
b)
c)
H
H
C
H
H
α = 180°
α
14
Dessiner 2 molécules différentes de formule C2H2F2.
Réponse :
En éliminant toutes les possibilités qui sont identiques entre-elles, on trouve deux
molécules différentes :
F
F
H
F
C
C
C
C
H
H
F
H
Deux molécules différentes dont la formule brute est identique sont appelées des
isomères.
-5-
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15
Dessiner la formule de Lewis d'une molécule C3H6, puis indiquer en les encerclant tous les
atomes qui se trouvent dans un même plan.
Réponse :
H
H
H
C
C
C
H
H
H
C
H
C
H
H
C
H
H
H
Le carbone entouré de 4 systèmes est tétraédrique et les deux autres carbones, entouré
chacun de 3 systèmes, sont planaires avec des angles de 120°.
16
Lesquels des molécules et ions ci-dessous possèdent des angles de 90° ?
a) TeF6
d) HgCl2
b) ZnCl42e) GaI3
c) AsBr5
Réponses :
Les molécules et ions possédant un ou plusieurs angles de 90° sont : TeF6 et AsBr5.
Explications :
a) En additionnant les électrons de valence (6 e– par Te et 7 e– par F), on obtient : 48 e–.
Donc, il faudra dessiner 24 paires dans cette molécule :
F
F
F
Te
F
L’atome Te est AX6.
F
F
La molécule est octaédrique, donc ne possède que des angles de 90° :
F
F
F
Te
F
F
F
b) En additionnant les électrons de valence (2 e– par Zn, 7 e– par Cl et 2 e– pour la charge
du ion complexe), on obtient : 32 e–. Donc, il faudra dessiner 16 paires dans cet ion :
2Cl
Cl
Zn
Cl
L’atome Zn est AX4.
Cl
-6-
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L’ion est tétraédrique, donc ne possède que des angles de 109,5° :
2Cl
Zn
Cl
Cl
Cl
c) En additionnant les électrons de valence (5 e– par As et 7 e– par Br), on obtient : 40 e–.
Donc, il faudra dessiner 20 paires dans cette molécule :
Br
Br
Br
As
L’atome As est AX5.
Br
Br
La molécule est bipyramidale à base triangulaire, donc possède 6 angles à 90° (en
dessus du plan et, par symétrie, en dessous du plan) :
Br
Br
As
Br
Br
Br
d) En additionnant les électrons de valence (2 e– par Hg et 7 e– par Cl), on obtient : 16 e–.
Donc, il faudra dessiner 8 paires dans cette molécule :
Cl
Hg
Cl
L’atome Hg est AX2.
La molécule est linéaire et ne possède donc qu’un angle de 180° :
Cl
Hg
Cl
e) En additionnant les électrons de valence (3 e– par Ga et 7 e– par I), on obtient : 24 e–.
Donc, il faudra dessiner 12 paires dans cette molécule :
I
I
L’atome Ga est AX3.
Ga
I
La molécule est planaire et ne possède donc que des angles de 120°.
17
Lesquels des molécules et ions ci-dessous possèdent des angles de 120° ?
a) HgCl42d) InCl3
b) SbBr6
e) GeCl4
c) SbCl5
-7-
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Réponses :
Les molécules et ions possédant un ou plusieurs angles de 120° sont : SbCl5 et InCl3.
Explications :
a) En additionnant les électrons de valence (2 e– par Hg, 7 e– par Cl et 2 e– pour la
charge du ion), on obtient : 32 e–. Donc, il faudra dessiner 16 paires dans cet ion :
2Cl
Cl
Hg
Cl
L’atome Hg est AX4.
Cl
L’ion est tétraédrique, donc ne possède que des angles de 109,5° :
2Cl
Hg
Cl
Cl
Cl
b) En additionnant les électrons de valence (5 e– par Sb, 7 e– par Cl et 1 e– pour la charge
du ion complexe), on obtient : 48 e–. Donc, il faudra dessiner 24 paires dans cet ion :
–
Br
Br
Br
Sb
L’atome Sb est AX6.
Br
Br
Br
L’ion est octaédrique, donc ne possède que des angles de 90° :
–
Br
Br
Sb
Br
Br
Br
Br
c) En additionnant les électrons de valence (5 e– par Sb et 7 e– par Cl), on obtient : 40 e–.
Donc, il faudra dessiner 20 paires dans cette molécule :
Cl
Cl
Cl
Sb
Cl
L’atome Sb est AX5.
Cl
-8-
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La molécule est bipyramidale à base triangulaire, donc possède 3 angles à 120° (dans
le plan contenant 3 chlores et l’atome d’antimoine) :
Cl
Cl
Cl
Sb
Cl
Cl
d) En additionnant les électrons de valence (3 e– par In et 7 e– par Cl), on obtient : 24 e–.
Donc, il faudra dessiner 12 paires dans cette molécule :
Cl
Cl
L’atome In est AX3.
In
Cl
La molécule est planaire et ne possède donc que des angles de 120°.
Cl
Cl
In
Cl
e) En additionnant les électrons de valence (4 e– par Ge et 7 e– par Cl), on obtient : 32 e–.
Donc, il faudra dessiner 16 paires dans cette molécule :
Cl
Cl
Ge
Cl
L’atome Ge est AX4.
Cl
La molécule est tétraédrique et ne possède donc que des angles de 109,5° :
Cl
Ge
Cl
Cl
Cl
18
Parmi les molécules ci-dessous, trouver lesquelles sont linéaires et lesquelles sont
coudées :
a) CdI2
d) OF2
b) SnBr2
e) TeCl2
c) KrF2
Réponses :
Les molécules linéaires sont : CdI2, KrF2.
Les molécules coudées sont : SnBr2, OF2, TeCl2.
-9-
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Explications :
a) En additionnant les électrons de valence (2 e– par Cd et 7 e– par I), on obtient : 16 e–.
Donc, il faudra dessiner 8 paires dans cette molécule :
I
Cd
I
L’atome Cd est AX2.
La molécule est donc linéaire.
b) En additionnant les électrons de valence (4 e– par Sn et 7 e– par Br), on obtient : 18 e–.
Donc, il faudra dessiner 9 paires dans cette molécule :
Br
Sn
Br
L’atome Sn est AX2E.
La molécule est donc coudée, avec un angle de 120°.
c) En additionnant les électrons de valence (8 e– par Kr et 7 e– par F), on obtient : 22 e–.
Donc, il faudra dessiner 11 paires dans cette molécule :
F
Kr
F
L’atome Kr est AX2E3.
La molécule est donc linéaire.
d) En additionnant les électrons de valence (6 e– par O et 7 e– par F), on obtient : 20 e–.
Donc, il faudra dessiner 10 paires dans cette molécule :
F
O
F
L’atome O est AX2E2.
La molécule est donc coudée, avec un angle de 109,5°.
e) En additionnant les électrons de valence (6 e– par Te et 7 e– par Cl), on obtient : 20 e–.
Donc, il faudra dessiner 10 paires dans cette molécule :
Cl
Te
Cl
L’atome Ge est AX2E2.
La molécule est donc coudée, avec un angle de 109,5°.
19
Parmi les molécules et ions ci-dessous, trouvez lesquelles sont tétraédriques :
a) XeF4
d) SeF4
b) CdCl42e) TiCl4
c) SiH4
Réponses :
Les molécules ou ions complexes tétraédriques sont : CdCl42–, SiH4 et TiCl4.
- 10 -
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Explications :
a) En additionnant les électrons de valence (8 e– par Xe et 7 e– par F), on obtient : 36 e–.
Donc, il faudra dessiner 18 paires dans cette molécule :
F
F
Xe
F
L’atome Xe est AX4E2. La molécule est donc planaire carrée.
F
b) En additionnant les électrons de valence (2 e– par Cd, 7 e– par Cl et 2 e– pour la charge
du ion), on obtient : 32 e–. Donc, il faudra dessiner 16 paires dans cet ion :
2-
Cl
Cl
Cd
Cl
L’atome Cd est AX4. L’ion est donc tétraédrique.
Cl
c) En additionnant les électrons de valence (4 e– par Si et 1 e– par H), on obtient : 8 e–.
Donc, il faudra dessiner 4 paires dans cette molécule :
H
H
Si
L’atome Si est AX4. La molécule est donc tétraédrique.
H
H
d) En additionnant les électrons de valence (6 e– par Se et 7 e– par F), on obtient : 34 e–.
Donc, il faudra dessiner 17 paires dans cette molécule :
F
F
Se
F
L’atome Se est AX4E. La molécule est donc disphénoïde.
F
e) En additionnant les électrons de valence (4 e– par Ti et 7 e– par Cl), on obtient : 32 e–.
Donc, il faudra dessiner 16 paires dans cette molécule :
Cl
Cl
Ti
Cl
L’atome Ti est AX4. La molécule est donc tétraédrique.
Cl
- 11 -
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20
Parmi les molécules ci-dessous, trouvez lesquelles sont bipyramidales trigonales :
a) BrF5
c) PF5
b) SbCl5
d) IF5
Réponses :
Les molécules bipyramidales trigonales sont : SbCl5 et PF5.
Explications :
a) En additionnant les électrons de valence (7 e– par Br et 7 e– par F), on obtient : 42 e–.
Donc, il faudra dessiner 21 paires dans cette molécule :
F
F
F
Br
L’atome Br est AX5E. La molécule est donc pyramidale carrée.
F
F
b) En additionnant les électrons de valence (5 e– par Sb et 7 e– par Cl), on obtient : 40 e–.
Donc, il faudra dessiner 20 paires dans cette molécule :
Cl
Cl
Cl
L’atome Sb est AX5. La molécule est bipyramidale trigonale.
Sb
Cl
Cl
c) En additionnant les électrons de valence (5 e– par P et 7 e– par F), on obtient : 40 e–.
Donc, il faudra dessiner 20 paires dans cette molécule :
F
F
F
P
F
L’atome P est AX5. La molécule est bipyramidale trigonale.
F
d) En additionnant les électrons de valence (7 e– par I et 7 e– par F), on obtient : 42 e–.
Donc, il faudra dessiner 21 paires dans cette molécule :
F
F
F
I
L’atome I est AX5E. La molécule est donc pyramidale carrée.
F
F
- 12 -
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21
Quelle géométrie (tétraédrique, bascule ou plan carré) décrit la forme de chacune des
molécules ci-dessous :
a) SF4
d) GeCl4
b) KrF4
e) TeCl4
c) CF4
Réponses :
a) En additionnant les électrons de valence (6 e– par S et 7 e– par F), on obtient : 34 e–.
Donc, il faudra dessiner 17 paires dans cette molécule :
F
F
S
F
F
F
S
L’atome S est AX4E : la molécule est disphénoïde.
F
F
F
b) En additionnant les électrons de valence (8 e– par Kr et 7 e– par F), on obtient : 36 e–.
Donc, il faudra dessiner 18 paires dans cette molécule :
F
F
Kr
F
L’atome Kr est AX4E2 : la molécule est planaire carrée.
F
F
Kr
F
F
F
c) En additionnant les électrons de valence (4 e– par C et 7 e– par F), on obtient : 32 e–.
Donc, il faudra dessiner 16 paires dans cette molécule :
F
F
C
F
F
L’atome C est AX4 : la molécule est tétraédrique.
C
F
F
F
F
d) En additionnant les électrons de valence (4 e– par Ge et 7 e– par Cl), on obtient : 32 e–.
Donc, il faudra dessiner 16 paires dans cette molécule :
Cl
Cl
Ge
Cl
Cl
L’atome S est AX4 : la molécule est tétraédrique.
Ge
Cl
Cl
- 13 -
Cl
Cl
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e) En additionnant les électrons de valence (6 e– par Te et 7 e– par F), on obtient : 34 e–.
Donc, il faudra dessiner 17 paires dans cette molécule :
Cl
Cl
Cl
Te
Cl
L’atome Te est AX4E : la molécule est disphénoïde.
Te
Cl
Cl
Cl
Cl
22
Parmi les molécules et ions ci-dessous, trouvez lesquelles ont un angle de 90°, 109,5° ou
120° :
a) TeF6
c) ICl4b) SbCl5
d) InBr3
Réponses :
Les molécules et ions avec un angle de 90° sont : TeF6, SbCl5. ICl4–
Il n’y a aucune molécule ou ion avec un angle de 109,5° !
La molécule avec un angle de 120° est : SbCl5
Explications :
a) En additionnant les électrons de valence (6 e– par Te et 7 e– par F), on obtient : 48 e–.
Donc, il faudra dessiner 24 paires dans cette molécule :
F
F
F
Te
F
L’atome Te est AX6, donc que des angles de 90°.
F
F
b) En additionnant les électrons de valence (5 e– par Sb et 7 e– par Cl), on obtient : 40 e–.
Donc, il faudra dessiner 20 paires dans cette molécule :
Cl
Cl
Cl
L’atome Sb est AX5, donc 3 angles de 120° et 6 angles de 90°.
Sb
Cl
Cl
c) En additionnant les électrons de valence (5 e– par I, 7 e– par Cl et 1 e– pour la charge),
on obtient : 36 e–. Donc, il faudra dessiner 18 paires dans cet ion :
–
Cl
Cl
I
Cl
L’atome I est AX4E2, donc avec 4 angles de 90°.
Cl
- 14 -
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d) En additionnant les électrons de valence (3 e– par In et 7 e– par Br), on obtient : 24 e–.
Donc, il faudra dessiner 12 paires dans cette molécule :
Br
Br
L’atome In est AX3, donc avec 3 angles de 120°.
In
Br
23
Parmi les molécules et ions ci-dessous, trouvez lesquelles ont un angle de 90°, 109,5° ou
120° :
a) SiH4
c) BrF4b) SbF6
d) AsCl4+
Réponses :
Les ions avec un angle de 90° sont : SbF6–, BrF4–.
Les molécules ou ions avec un angle de 109,5° sont : SiH4, AsCl4+.
Il n’y a pas de molécules ou d’ion avec un angle de 120° !
Explications :
a) En additionnant les électrons de valence (4 e– par Si et 1 e– par H), on obtient : 8 e–.
Donc, il faudra dessiner 4 paires dans cette molécule :
H
H
Si
L’atome Si est AX4, donc que des angles de 109,5°.
H
H
b) En additionnant les électrons de valence (5 e– par Sb, 7 e– par F et 1 e– pour la charge),
on obtient : 48 e–. Donc, il faudra dessiner 24 paires dans cet ion :
–
F
F
F
L’atome Sb est AX5, donc que des angles de 90°.
Sb
F
F
F
c) En additionnant les électrons de valence (7 e– par Br, 7 e– par F et 1 e– pour la charge),
on obtient : 36 e–. Donc, il faudra dessiner 18 paires dans cet ion :
–
F
F
Br
F
L’atome Br est AX4E2, donc avec 4 angles de 90°.
F
- 15 -
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Corrigé des exercices
d) En additionnant les électrons de valence (5 e– par As, 7 e– par Cl et 1 e– en moins pour
la charge), on obtient : 32 e–. Donc, il faudra dessiner 16 paires dans cet ion :
+
Cl
Cl
As
L’atome As est AX4, donc que des angles de 109,5°.
Cl
Cl
24
Le modèle VSEPR permet de façon très fiable de prédire la géométrie des molécules et
des ions. Prédisez la forme des composés interhalogénés ci-dessous :
IF IF3
IF5
BrF BrF3
BrF5
ClF ClF3
ClF5
ICl
BrCl
IBr
Réponses :
Les composés interhalogénés avec seulement deux atomes sont forcément linéaires.
Les composés interhalogénés avec 4 atomes sont tous de type AX3E2, en forme de T.
Exemple :
F
F
F
I
F
F
I
F
Et pour terminer, les composés interhalogénés avec 6 atomes sont tous de type AX5E,
pyramidale carrée. Exemple :
F
F
F
Br
F
F
F
F
Br
F
F
F
25
Donnez un exemple pour chaque cas ci-dessous :
a) Une molécule coudée.
b) Un ion coudé.
c) Un ion tétraédrique.
- 16 -
d) Une molécule octaédrique.
e) Un ion pyramidal trigonal.
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Réponses :
a) H2O :
H
O
H
O
b) NO2– :
–
N
O
–
Cl
c) ICl4– :
I
Cl
Cl
Cl
F
d) TeF6 :
F
Te
F
F
F
F
O
+
e) H3O :
H
+
H
H
26
Dessinez la formule de Lewis pour chacune des molécules ci-dessous. Utilisez le modèle
VSEPR pour prédire la forme de la molécule.
a) SOCl2
d) ClO3F
b) SO2Cl2
e) POCl3
c) ClO2F
Réponses :
O
a)
S est AX3E, donc pyramidal trigonal :
Cl
S
Cl
S
O
O
b)
O
S
O
Cl
S est AX4, donc tétraédrique :
O
c)
Cl est AX3E, donc pyramidal trigonal :
Cl
S
O
Cl
O
Cl
Cl
F
- 17 -
O
O
Cl
Cl
Cl
F
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Propriétés des corps moléculaires
Corrigé des exercices
O
d)
O
Cl
O
Cl est AX4, donc tétraédrique :
O
Cl
O
F
O
e)
Cl
O
F
O
P
P est AX4, donc tétraédrique :
Cl
P
Cl
Cl
Cl
Cl
27
Dessinez la formule de Lewis pour chacune des molécules et ions ci-dessous. Utilisez le
modèle VSEPR pour prédire leur forme.
a) CCl2O
d) NO2Cl
b) NSF3
e) PSCl3
c) N3
Réponses :
O
O
C
a)
Cl
C est AX3, donc trigonal planaire :
Cl
C
Cl
N
b)
F
S
N
S est AX4, donc tétraédrique :
F
–
I
I
S
F
F
c)
I
Le I central est AX2E3, donc linéaire :
N est AX3, donc trigonal planaire :
Cl
O
Cl
P
I
I
N
S
e)
F
O
N
O
F
–
I
O
d)
Cl
Cl
S
Cl
P est AX4, donc tétraédrique :
P
Cl
Cl
- 18 -
Cl
Cl
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Propriétés des corps moléculaires
Corrigé des exercices
28
Dessinez la formule de Lewis pour chacune des molécules et ions ci-dessous. Utilisez le
modèle VSEPR pour prédire leur forme.
a) BrO2d) IO4b) SiO2
e) PO3I2c) SO3Cl
Réponses :
a)
O
Br
–
Br est AX2E2, donc coudé :
O
O
O
b)
O
Si
O
S
Si est AX2, donc linéaire.
O
–
O
c)
S est AX4, donc tétraédrique :
Cl
I
P
–
O
I est AX4, donc tétraédrique :
O
I
O
2-
O
O
Cl
O
–
O
e)
S
O
O
O
–
O
O
d)
–
Br
I
O
O
2-
O
P est AX4, donc tétraédrique :
P
O
O
I
O
29
Comparez les formes géométriques des ions oxysulfures suivants :
a) le ion hyposulfite SO22b) le ion sulfite SO32c) le ion sulfate SO42Réponses :
Le soufre se trouve chaque fois dans une structure avec 4 paires (liantes ou non) autour
de lui. Donc, les 3 ions sont à l’intérieur d’un tétraèdre. L’hyposulfite a un S de type AX2E2,
le sulfite un S de type AX3E et le sulfate un S de type AX4.
On peut donc dessiner les 3 structures suivantes (voir page 20).
- 19 -
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Propriétés des corps moléculaires
Corrigé des exercices
2-
O
2-
O
O
S
O
O
S
2S
O
O
S
O
O
sulfate
2-
O
S
O
sulfite
hyposulfite
2-
O
O
O
2-
O
S
O
O
O
Les forces intermoléculaires
30
Qu'est-ce que l'électronégativité d'un élément ?
Réponse :
L'électronégativité (EN) est un nombre qui indique avec quelle force un cœur d'atome
attire les électrons périphériques de liaison (électrons de valence). Les valeurs EN se
trouvent en bas à droite de la classification périodique.
On constate que l'EN croît de gauche à droite dans une période, par exemple de Li avec
1,0 à F avec 4,0. Cela provient du fait que les charges des cœurs atomiques augmentent
(de +1e à +7e), d'où leur capacité croissante d'attirer les électrons périphériques.
Dans les groupes principaux, l'EN diminue de haut en bas bien que la charge du cœur
reste la même. Cela provient du fait que les cœurs d'atomes grossissent et que, par
conséquent, la densité superficielle de charge (charge par unité de surface) diminue. Les
électrons de valence sont donc moins fortement retenus.
Les atomes métalliques ont une faible EN, les atomes non métalliques en ont une forte.
C'est pourquoi les métaux donnent facilement leurs électrons de valence, tandis que les
non-métaux prennent des électrons supplémentaires (règle des gaz rares).
31
Que signifient les symboles δ+ et δ– ?
Réponse :
On symbolise les charges partielles positives et négatives créées dans la molécule par δ+
et δ– lors de la polarisation d'une ou plusieurs liaisons.
32
Lesquelles des liaisons ci-dessous sont polarisées ?
N-H
Cl-Cl
H-CI
Réponse :
- 20 -
C-F
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Corrigé des exercices
N-H, H-Cl et C-F sont polarisées car les électronégativités des deux atomes de la liaison
ne sont pas identiques.
33
Lesquelles des molécules ci-dessous sont des dipôles permanents ?
H2
HF
CO2
H2 S
NH3
CH4
BF3
Réponse :
H2 : ΔEN = 0, donc n'est pas polaire.
HF : ΔEN = 1,8 (plus grand que 1,7). Nous sommes en présence d'une liaison ionique. On
ne parle pas de dipôle dans ce cas-là. Mais en fait, HF a un comportement inhabituel : il
se comporte comme un corps covalent lorsqu'il est sous forme gazeuse et comme un
corps ionique lorsqu'il est dissous dans l'eau.
CO2 : ΔEN = 0,89. Chaque liaison C=O est polaire. Mais l'addition vectorielle s'annule car
la molécule CO2 est linéaire, donc elle n'est pas polaire.
H2S : ΔEN = 0,38 plus petit que 0,4. Selon notre critère, les liaisons H–S ne sont pas
polaires, donc la molécule ne l'est pas non plus. En fait, comme on est très proche de la
limite de 0,4 fixée arbitrairement, les liaisons H–S sont en fait encore polaires, mais avec
un moment de dipôle très faible. Et comme l'addition vectorielle n'est pas nulle, H2S est
donc faiblement polaire.
NH3 : ΔEN = 0,84. Les liaisons sont polaires et l'addition vectorielle ne s'annule pas :
3δ−
N
H
δ+
3δH
H
δ+
δ+
3δ+
La molécule NH3 est donc polaire.
CH4 : ΔEN = 0,35 (plus petit que 0,4). Les liaisons ne sont pas polaires, donc la molécule
ne l'est pas non plus.
BF3 : ΔEN = 1,94 (plus grand que 1,7). Il s'agit d'un composé ionique.
34
Quelles liaisons sont rompues lors de l'ébullition d'un liquide moléculaire ?
Réponse :
Les liaisons intermoléculaires, qu'on appelle force de cohésion. Il s'agit de liaisons dipôledipôle. Les liaisons intramoléculaires ne sont pas rompues.
- 21 -
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Propriétés des corps moléculaires
Corrigé des exercices
35
Quelles grandeurs physiques nous donnent une mesure indicative de la cohésion d'un
liquide ?
Réponse :
La température de fusion et la température d'ébullition.
36
CHCI3 est un liquide dans les conditions usuelles.
Quelle(s) liaison(s) assure la cohésion des molécules ?
Quelle(s) liaison(s) assurent la cohésion du liquide ?
Réponses :
La cohésion des molécules est assurée par des liaisons covalentes.
La cohésion du liquide est assurée par des liaisons dipôle-dipôle.
37
Comparez la température d'ébullition de CH4 à celle de NH3.
Réponse :
La température d'ébullition de CH4 doit être plus faible que NH3, car elle ne possède pas
de dipôle permanent. Les forces de cohésion sont donc assurées par des forces de van
der Waals, contrairement à NH3 qui est polaire et qui forme des ponts-H. Les forces de
cohésion créées par des dipôles permanents sont plus grandes.
Confirmation : PE de CH4 = – 162 °C ; PE de NH3 = – 33,4 °C.
38
Une molécule polaire est caractérisée par son "moment dipolaire".
Attribuez aux deux molécules ci-dessous leurs moments de dipôle :
Molécules : HF et HI. Moments dipolaires : 0,38 et 1,9 Debye.
Réponse :
L'électronégativité du fluor (4,0) est plus grande que celle du iode (2,66), donc les charges
partielles seront plus importantes pour HF que pour HI. La molécule avec des charges
partielles plus grandes possède un moment dipolaire plus grand. Donc, HF a un moment
de 1,9 Debye et HI de 0,38 Debye.
39
Que vaut le moment dipolaire de CCI4 ?
Réponse :
0 Debye. La molécule de CCl4 est tétraédrique et parfaitement symétrique, donc l'addition
vectorielle des polarisations de chaque liaison s'annule.
- 22 -
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Corrigé des exercices
40
On considère les deux molécules SiH4 et HCl :
a) Laquelle fait-elle des liaisons dipôle-dipôle ?
b) Laquelle a-t elle la température d'ébullition la plus élevée ?
Réponse :
a) HCl. En effet, SiH4 est tétraédrique et parfaitement symétrique, donc l'addition
vectorielle des polarisations de chaque liaison s'annule.
b) HCl également, car cette molécule possède un moment dipolaire donc fait des liaisons
dipôle-dipôle. Confirmation : PE de SiH4 = – 111,8 °C ; PE de HCl = – 84,9 °C.
41
Dessiner la formule de Lewis pour chacune des molécules ci-dessous. Utiliser le modèle
VSEPR pour prédire la forme de la molécule. Indiquer lesquelles possède un moment de
dipôle.
a) HgCl2
d) Cl2O
b) AsF5
e) GaCl3
c) SCl2
Réponses :
a)
Cl
Hg
Cl
La différence d’électronégativité entre Cl et Hg est ΔEN = 3,16 – 1,9 = 1,26. Les deux
liaisons sont donc polaires.
Hg est de type AX2, donc la molécule est linéaire. Ainsi, les deux vecteurs donnent
une résultante nulle. HgCl2 est apolaire.
F
F
b)
F
As
F
F
La différence d’électronégativité entre As et F est ΔEN = 3,98 – 2,18 = 1,8. Les cinq
liaisons sont ioniques.
On devrait avoir As5+ + 5 F–. Mais lorsque ce composé est pur, il se comporte comme
une molécule avec 5 liaisons covalentes polaires. As est de type AX5, donc on a une
molécule bipyramidale trigonale. La somme des vecteurs, due à la symétrie de la
molécule, donne une résultante nulle. AsF5 n’est pas polaire.
Cl
S
c)
Cl
La différence d’électronégativité entre Cl et S est ΔEN = 3,16 – 2,58 = 0,58. Les deux
liaisons sont donc polaires.
- 23 -
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Corrigé des exercices
S est de type AX2E2, donc la molécule est coudée. Ainsi, la somme des deux vecteurs
donne une résultante non-nulle. SCl2 est polaire.
Cl
O
d)
Cl
La différence d’électronégativité entre O et Cl est ΔEN = 3,44 – 3,16 = 0,28. Les deux
liaisons sont donc apolaires.
O est de type AX2E2, donc la molécule est coudée. Mais les liaisons étant apolaire,
OCl2 est également apolaire.
Cl
e)
Cl
Ga
Cl
La différence d’électronégativité entre Cl et Ga est ΔEN = 3,16 – 1,81 = 1,35. Les trois
liaisons sont donc polaires.
Mais Ga est de type AX3 (comme le bore, le gallium ne respecte pas la règle de
l’octet), donc la molécule est trigonale planaire. Ainsi, les trois vecteurs donnent une
résultante nulle. GaCl3 est apolaire.
42
Dessinez la formule de Lewis pour chacune des molécules ci-dessous. Utilisez le modèle
VSEPR pour prédire la forme de la molécule. Indiquez lesquelles possède un moment de
dipôle.
a) TeBr4
d) SbCl5
b) CdI2
e) IF5
c) SeF4
Réponses :
Br
a)
Br
Te
Br
Br
Br
Te
Br
Br
Br
La différence d’électronégativité entre Br et Te est ΔEN = 2,96 – 2,1 = 0,86. Les quatre
liaisons sont donc polaires.
Te est de type AX4E, donc la molécule est disphénoïde (cf. dessin ci-dessus). Ainsi,
les quatre vecteurs donnent une résultante non-nulle. TeBr4 est polaire.
b)
I
Cd
I
La différence d’électronégativité entre I et Cd est ΔEN = 2,66 – 1,69 = 0,97. Les deux
liaisons sont polaires.
- 24 -
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Corrigé des exercices
Cd est de type AX2, donc la molécule est linéaire. Ainsi, les deux vecteurs donnent
une résultante nulle. CdI2 est apolaire.
F
c)
F
Se
F
F
F
Se
F
F
F
La différence d’électronégativité entre F et Se est ΔEN = 3,98 – 2,55 = 1,43. Les
quatre liaisons sont donc polaires.
Se est de type AX4E, donc la molécule est disphénoïde (cf. dessin ci-dessus). Ainsi,
les quatre vecteurs donnent une résultante non-nulle. SeF4 est polaire.
Cl
Cl
d)
Cl
Sb
Cl
Cl
La différence d’électronégativité entre Cl et Sb est ΔEN = 3,16 – 2,05 = 1,11. Les cinq
liaisons sont donc polaires.
Sb est de type AX5, donc la molécule est bipyramidale trigonale. Ainsi, les cinq
vecteurs donnent une résultante nulle due à la symétrie de la molécule. SbCl5 est
apolaire.
F
F
e)
F
I
F
F
F
F
F
I
F
F
La différence d’électronégativité entre F et I est ΔEN = 3,98 – 2,66 = 1,32. Les cinq
liaisons sont donc polaires.
I est de type AX5E, donc la molécule est pyramidale carrée (cf. dessin ci-dessus).
Ainsi, les cinq vecteurs donnent une résultante non-nulle. IF5 est polaire.
43
Prédisez quelles molécules ci-dessous sont polaires :
a) CF4
d) BF3
b) PF5
e) SeF4
c) XeF4
- 25 -
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Corrigé des exercices
Réponses :
F
a)
C
F
F
F
La différence d’électronégativité entre F et C est ΔEN = 3,98 – 2,55 = 1,43. Les quatre
liaisons sont donc polaires.
C est de type AX4, donc la molécule est tétraédrique. Ainsi, les quatre vecteurs
donnent une résultante nulle. CF4 est apolaire.
F
b)
F
F
P
F
F
La différence d’électronégativité entre F et P est ΔEN = 3,98 – 2,19 = 1,79. Les cinq
liaisons sont ioniques. Mais de nouveau, ce composé à l’état pur se comporte comme
une molécule avec 5 liaisons covalentes polaires.
P est de type AX5, donc la molécule est bipyramidale trigonale. Ainsi, les cinq vecteurs
donnent une résultante nulle. PF5 est apolaire.
c)
F
F
F
Xe
F
La différence d’électronégativité entre Xe et F n’existe pas ! Mais on peut supposer
que F, étant très électronégatif, va imposer sa volonté au xénon : les quatre liaisons
sont polaires.
Xe est de type AX4E2, donc la molécule est planaire carrée. Ainsi, les quatre vecteurs
donnent une résultante nulle. XeF4 est apolaire.
F
d)
F
B
F
La différence d’électronégativité entre F et B est ΔEN = 3,98 – 2,04 = 1,94. Les trois
liaisons sont donc ioniques. Le composé BF3 est donc un sel. La représentation en
dessus n’est pas correcte !
F
e)
Se
F
F
F
La différence d’électronégativité entre F et Se est ΔEN = 3,98 – 2,55 = 1,43. Les
quatre liaisons sont donc polaires.
Se est de type AX4E, donc la molécule est disphénoïde. Ainsi, les quatre vecteurs
donnent une résultante non-nulle. SeF4 est polaire.
- 26 -
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44
Entourez les ponts-hydrogène :
N
H
N
H
H
Cl
H
Cl
H
F
H
F
O
H
O
C
O
H
C
O
P
H
O
C
N
H
N
H
H
Cl
H
Cl
H
F
H
F
O
H
O
C
O
H
C
O
P
H
O
C
Réponses :
45
Entourez les molécules qui font des ponts-H à l'état liquide et solide :
a) CH3OH
b) CH4
c) NH3
d) HF
e) CS2
Réponses :
a) CH3OH fait des ponts-H à l'état liquide et solide.
b) CH4 ne fait aucun pont-H.
c) NH3 fait des ponts-H à l'état liquide et solide.
d) HF fait des ponts-H à l'état liquide et solide.
e) CS2 ne fait aucun pont-H.
46
HF bout à +19 °C alors que HCI bout à – 85 °C. Expliquez pourquoi.
Réponse :
HF forme des ponts-H. Les forces de cohésion sont donc beaucoup plus grande, c'est
pourquoi le point d'ébullition de HF est plus élevé que celui de HCl.
47
CH3COOH peut-il former des ponts-H ? Et CH3COCH3 ?
Réponses :
Les deux molécules peuvent former des ponts-H, car elles possèdent un ou plusieurs
atomes d'oxygène. CH3COOH possède en plus un hydrogène fixé sur un oxygène, donc
encore un pont-H.
- 27 -
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48
Laquelle des grandeurs ou propriétés physiques ci-dessous n'est-elle pas influencée par
la formation de ponts-H?
a) Solubilité dans l'eau.
d) Viscosité.
b) Température de fusion.
e) Electronégativité.
c) Chaleur latente de vaporisation.
Réponse :
La seule grandeur physique qui n'est pas influencée par les ponts-H est l'électronégativité
car il s'agit d'une propriété électronique interne aux atomes.
49
Donnez les formules développées des deux isomères C2H6O.
L'un des isomères bout à 34,6 °C, l'autre à 78,2 °C. Attribuez à chaque isomère sa
température d'ébullition.
Réponse :
H
H
C
H
O
H
C
H
H
H
PE = 34,6 °C
H
H
C
C
H
H
O
H
PE = 78,2 °C
La deuxième molécule, l'éthanol, forme des ponts-H avec lui-même, tandis que la
première molécule, le diméthyl éther ne formera pas de pont-H avec lui-même car aucun
hydrogène ne peut en faire. La force de cohésion est donc la plus grande pour l'éthanol (la
deuxième molécule).
50
Entourez les schémas corrects :
= pont-H
O
H
a)
O
H
H
O
H
H
O
H
H
C
b)
H
H
O
H
H
O
H
H
O
H
- 28 -
O
H
H
Br
Br
H
H
H
H
O
H
O
H
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Corrigé des exercices
O
H
O
H
H
N
c) H
O
H
H
O
H
O
d)
H
H
I
H
H
H
H
H
H
O
H
H
H
O
H
O
H
Réponses :
Les schémas corrects sont a) et c).
Les forces de van der Waals
51
Qu'est-ce qu'un dipôle électrique ? Et une molécule polaire ? Et une molécule polarisée
temporairement ?
Réponses :
Un dipôle électrique est une séparation d'une charge positive d'une charge négative
(partielle ou entière).
Une molécule polaire est une molécule possédant un dipôle électrique.
Une molécule polarisée temporairement ne possède pas de moment de dipôle, mais les
électrons étant constamment en mouvement dans les atomes et les molécules, ils peuvent
se retrouver d'un côté de la liaison créant une charge partielle temporairement.
52
Pourquoi les forces entre dipôles instantanés sont-elles faibles ?
Réponse :
Parce que les charges partielles ne valent qu'une fraction d'une charge élémentaire, et
deuxièmement parce que les dipôles n'ont qu'une brève durée de vie.
53
Pourquoi les atomes de gaz rares se comportent-ils comme des dipôles instantanés ?
Réponse :
Parce que les électrons de l'enveloppe sont en "mouvement" permanent, et c'est pourquoi
une moitié de l'enveloppe peut être très momentanément un peu plus riche en électrons
que l'autre moitié :
- 29 -
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Corrigé des exercices
54
Quelle relation y a-t-il entre le nombre d'électrons dans un atome et la grandeur des δ+ et
des δ– ?
Réponse :
Plus le système d'électrons d'un atome est grand, plus le déplacement de charges peut
être important et plus les charges partielles δ+ et δ– sont donc grandes.
55
Dans lequel des deux liquides ci-dessous la cohésion est-elle la plus forte :
dans le néon liquide ou dans le xénon liquide ?
Réponse :
Dans le xénon liquide car les points de fusion sont d'autant plus élevés que le nombre
d'électrons de leurs atomes est grand.
56
Lequel des deux liquides suivants a-t-il la température d'ébullition la plus élevée : le
pentane C5H12 ou l'octane C8H18 ?
Réponse :
L'octane C8H18 a le point d'ébullition le plus élevé car le nombre d'électrons dans cette
molécule est plus grand que dans le pentane C5H12.
57
Le méthane CH4 possède le même nombre d'électrons que H2O. Ont-ils pour autant la
même température d'ébullition ?
Réponse :
Non, car l'eau forme des ponts-H et aura un point d'ébullition plus élevé.
58
SiCI4 (82 électrons) bout à 58 °C. SCI2 (50 électrons) pratiquement à la même
température 59 °C. Expliquez pourquoi.
- 30 -
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Corrigé des exercices
Réponse :
Parce qu'elle possède moins d'électrons, la molécule SCl2 devrait avoir un point
d'ébullition plus petit que SiCl4. Mais SCl2 possède un dipôle permanent, donc des forces
de cohésion plus importantes que pour un composé comportant 50 électrons sans
polarisation. Son point d'ébullition est donc plus élevé, et, par hasard, presque semblable
à celui de SiCl4.
59
LiF possède moins d'électrons que le pentane C5H12. Possède-t-il une température
d'ébullition moins élevée ?
Réponse :
Non, car LiF est un composé ionique. Les forces de cohésion sont dès lors beaucoup plus
grandes.
60
Le méthanol (CH3OH) est-il soluble dans l'eau ?
Réponse :
Oui, car il peut former des ponts-H avec l'eau.
61
L'hexane (C6H14) est-il soluble dans l'eau ?
Réponse :
Non, car il ne forme aucun pont-H.
62
a) Que se passe-t-il si une molécule de CH3OH se trouve au milieu de molécules d'eau ?
b) Que se passe-t-il si une molécule de C6H14 se trouve au milieu de molécules d'eau ?
Réponses :
a) Il y aura formation de ponts-H, donc une attraction de CH3OH et H2O.
b) Pas de pont-H possible : il n'y aura alors aucune force d'interaction entre C6H14 et H2O.
Comme C6H14 a une masse volumique plus faible que H2O, cette molécule remontera à la
surface de l'eau.
63
L'acétone (CH3COCH3) peut-elle faire des ponts-H ? Est-elle soluble dans l'eau ?
Réponse :
Oui, l'acétone peut faire des ponts-H, mais avec l'eau seulement car ses 6 H ne sont pas
sur un O, N ou F. Puisqu'il peut faire des ponts-H, l'acétone est soluble dans l'eau.
- 31 -
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64
L'acide stéarique C17H35COOH peut-il faire des ponts-H? Est-il soluble dans l'eau ?
Réponse :
Oui, la partie –COOH peut faire des ponts-H. Mais dans ce cas, le reste de la molécule est
une longue chaine de 17 carbones, chaîne qui est totalement apolaire, donc insoluble
dans l'eau. L'acide stéarique n'est pas soluble dans l'eau car la partie de la molécule qui
peut faire des ponts-H est trop petite par rapport au reste de la chaîne carbonée :
O
CH2
CH3
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
CH2
C
CH2
OH
partie
hydrophile
Partie hydrophobe
65
Le CCI4 et le C6H14 sont-ils miscibles ?
Réponse :
Oui, car les deux molécules sont apolaires.
66
Comment appelle-t-on l'attraction électrostatique entre un ion Ca2+ et des molécules
d'eau ?
Réponse :
Il s'agit de liaisons ion-dipôle.
67
Qu'est-ce qu'un aquacomplexe ?
δ+
Réponse :
C'est une particule composée d'un ion entouré de
molécules d'eau, constitué de liaisons ion-dipôle entre l'ion
(cation ou anion) et les molécules d'eau.
δ–
δ+
δ–
Na+
+
Exemple à droite, l’aquacomplexe [Na(H2O)6] : les deux
H2O devant et derrière l’ion Na+ ne sont pas dessiné pour
ne pas surcharger le dessin.
δ–
δ+
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δ–
δ+
Lycée Denis-de-Rougemont
OS Chimie
Propriétés des corps moléculaires
Corrigé des exercices
68
Pourquoi les aquacomplexes ne sont-ils pas expulsés de la phase aqueuse ?
Réponse :
Les aquacomplexes forment des ponts hydrogènes avec d'autres molécules d'eau, donc
restent dans la phase aqueuse.
69
Quels sont les constituants du réseau cristallin du chlorure de calcium hexahydraté ?
Réponse :
L'aquacomplexe Ca(H2O)62+ et 2 ions chlorures Cl–.
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