(K) 2 (L) 8

Classe : 2nde ……..
Durée : 1h30
DS de physique chimie
date : 08 /02 /12
Calculatrice autorisée
NOM : ................................................................................... Prénom : .....................................................................
Exercice 1 : Le magnésium (6 points)
Le magnésium a des utilisations diverses et variées. Par exemple, il est un constituant de
la chlorophylle, on le trouve également comme composant du chocolat, dans certains
alliages pour la construction des avions ainsi que dans les jantes de voitures de
compétition.
La notation symbolique du noyau atomique du magnésium est
.
1. Quelle est la composition du noyau atomique du magnésium. (0,75)
A= 24 : 24 nucléons
et Z= 12 : 12 protons
Soit N le nombre de neutrons
N=A-Z
Le noyau comporte 24 nucléons, 12 protons et 24-12 =12 neutrons.
2. Donner la structure électronique de l’atome. Indiquer le nombre d’électrons sur la
couche externe. (1)
Un atome est électriquement neutre ; il possède donc autant d’électrons
que de protons : 12 électrons.
(K)2 (L)8 (M)2 ; il possède 2 électrons sur sa couche externe.
3. Calculer la masse mn du noyau. (0,5)
mnoy = A × mn
A.N : mnoy = 24 × 1,7 × 10-27
mnoy = 4,1 × 10-26 kg
4. Calculer la masse m de l’atome. (0,5)
m = mnoy + Z × me
m= A × mn+ Z × m(électron)
A.N : m = 24 × 1,7 × 10-27 + 12 × 9,1 × 10-31
m = 4,1 × 10-26 kg
5. Comparer ces deux valeurs et conclure. (0,5)
m/mn = 1
La masse de l’atome est en quasi-totalité dans le noyau.
6. Le magnésium peut se transformer en ion, l’ion magnésium Mg2+. Justifier (1)
D’après la règle de l’octet, l’atome de magnésium perdra les 2 électrons
de sa couche externe, pour avoir 8 électrons sur sa couche externe. Il
formera donc l’ion Mg2+
7. Calculer la charge Q de l’ion magnésium. (0,5)
Q= + 2 × e
A.N : Q= + 2 × 1,6 × 10-19
Q = + 3,2 × 10-19 C
Le magnésium a été découvert en 1808 par un anglais nommé Sir Humphry Davy. Il
possède 22 isotopes dont 3 sont naturels. Les 3 isotopes naturels possèdent
respectivement 12, 13 et 14 neutrons.
8. donner la définition du mot isotope. (0,5)
Noyaux atomiques ayant le même numéro atomique Z (même nombre de
protons) et des nombres différents de nucléons A.
9. Donner les représentations symboliques des 3 isotopes du magnésium. (0,75)
Exercice 2 : Analyse d’un spectre d’une étoile (7 points)
Dans un livre de SF, l’auteur parle d’une étoile lumineuse, dont les éléments chimiques qui la
composent pourraient être utiles à l’humanité. Pour détailler son propos, l’auteur joint à son
œuvre le spectre suivant :
1
2
4
3
420
Me demandant de quels éléments l’auteur parlait, je me décide, grâce au spectre de l’argon
donné ci-après, de déterminer quels sont ces éléments chimiques.
1. Expliquer la différence de nature entre ces deux spectres représentés. (1+1)
Le spectre de l’argon est un spectre d’émission d’un corps peu dense et
chaud qui se caractérise par des raies colorées sur un fond noir. Le
spectre de l’étoile est un spectre de raies d’absorption (raies sombres dues
à l’absorption de certaines radiations à la traversée de l’atmosphère de
l’étoile) superposé à un spectre continu.
Le spectre d’émission de l’Argon sert de référence pour l’étude du spectre d’absorption de
l’étoile mystérieuse. On mesure, en centimètres, les distances L entre la raie d’émission de
420 nm et les autres raies d’émission. A l’aide des valeurs relevées, je trace la courbe
d’étalonnage, représentant la longueur d’onde λ en fonction de la position x de la raie.
2. Expliquer sommairement à quoi sert de tracer cette courbe d’étalonnage. (1)
Ce spectre sert de spectre étalon, c’est à
dire qu’il permet d’établir la relation entre
la position d’une raie et la longueur d’onde
correspondante.
3. Déterminer les longueurs d’onde des différentes raies et compléter le tableau suivant.
Détailler la démarche et éventuellement, les calculs nécessaires. (1 explications + 2
tableau)
A l’aide de la courbe d’étalonnage, je détermine graphiquement les images
c’est-à-dire les longueurs d’ondes correspondantes aux valeurs des
abscisses des positions des raies mesurées sur le spectre de l’étoile.
Raies
1
2
3
4
x en cm
2,00
3,20
5,50
14,55
λ en nm
450
470
510
645
4. A l’aide des données, associer à chaque raie précédente l’atome présent dans l’atmosphère
de l’étoile qui en est l’origine. (0,25 x 4)
La raie n°1, de longueur d’onde égale à 450 nm pourrait correspondre
soit à de l’hélium ou encore à du fer. Pour en être certain, il faudrait
réaliser une étude plus précise afin de déterminer si les autres raies
de ces éléments chimiques se trouvent dans le spectre de notre étoile.
Les raies n°2, 3 et 4 correspondent aux trois raies de l’élément
Cadmium. Nous pouvons donc affirmer avec certitude que du cadmium
se trouve dans l’atmosphère de l’étoile.
Donnée :
Exercice 3 : expérience. (4 points)
On chauffe un tube à essais contenant une poudre noire formée d’un mélange d’oxyde de
cuivre II ( CuO ) et de carbone C. Le tube à essais est muni d’un tube à dégagement
plongeant dans de l’eau de chaux.
On observe un dépôt brillant rougeâtre dur les parois du tube à essais et le trouble de
l’eau de chaux.
1. Légender le schéma ci-dessus. (0,75)
numéro 1 : Tube à essais : poudre noire, mélange d’oxyde de cuivre et de
carbone)
numéro 2 : Dépôt brillant rougeâtre dur (cuivre solide Cu)
numéro 3 : Dégagement gazeux de dioxyde de carbone (CO2) troublant l’eau de
chaux
2. Quels sont les éléments chimiques présents dans les espèces chimiques initialement
introduites ? Préciser leur nom et leur formule. (1)
- Dans l’espèce chimique oxyde de cuivre CuO(s), il y a l ‘élément cuivre Cu
et l’élément oxygène O.
- L’espèce chimique carbone C(s) est constituée exclusivement de l’élément
carbone C.
3. En déduire les éléments chimiques présents dans les espèces chimiques produites par la
transformation chimique ? Justifier. (0,75 + 3 x 0,25)
Au cours d’une transformation chimique, il y a conservation des éléments
chimiques
Dans les produits de la transformation chimique, on trouve donc :
l’élément carbone C, l’élément cuivre Cu et l’élément oxygène O.
4. Identifier les produits formés en utilisant les résultats de la question 3) et les
renseignements donnés au début de l’exercice. (0,75)
- Le dégagement gazeux qui provoque le trouble de l’eau de chaux est du dioxyde
de carbone (C O 2).
- Le dépôt brillant rougeâtre dur est du cuivre métallique (cuivre solide Cu)
Exercice 4 : compléter le tableau suivant (3 points)
Symbole de
l’atome ou de
l’ion
Symbole du
noyau
(0,15 par réponse arrondi au 0,25 sup)
Charge en
fonction e
Nombre de
protons
Nombre de
neutrons
Nombre
d’électrons
Structure électronique
B
Neutre
5
6
5
(K)2 (L)3
F-
-1 e
9
10
10
(K)2 (L)8
Al3+
+3 e
13
14
10
(K)2 (L)8
Cl-
- 1 e
17
18
18
(K)2 (L)8 (M)8
Données :
Le Bore B (Z = 5) ; Fluor F (Z= 9) ; Aluminium Al (Z=13) ; Chlore Cl (Z= 17)
Avec e la charge élémentaire.