Chimie Premier exercice : Rédox ou non rédox ? (6 points

Collège des Saints-Cœurs
Sioufi
Contrôle 3, mars 2012
Classe : 3e
Durée : 55 minutes
Nom : …………………… No…..
Chimie
Cette épreuve est constituée de trois exercices.
Elle comporte deux pages numérotées 1/2 et 2/2.
Premier exercice : Rédox ou non rédox ? (6 points)
Le carbone brûle dans le dioxygène de l’air pour former le dioxyde de carbone. Cette réaction est
représentée par l’équation-bilan suivante : C + O2 → CO2 (A)
Le dioxyde de carbone réagit avec l’eau pour donner l’acide carbonique. L’équation-bilan
représentant cette réaction est la suivante : CO2 + H2O → H2CO3 (B)
1. Déterminer le nombre d’oxydation du carbone dans les espèces chimiques suivantes :
C ; CO2 ; H2CO3.
2. Dans l’équation-bilan A :
a. Donner le n.o. de chacun des éléments carbone et oxygène dans les réactifs et dans les
produits.
b. Indiquer l’espèce chimique oxydée et l’espèce réduite.
c. Préciser si cette équation-bilan représente une réaction d’oxydoréduction.
3. Dans l’équation-bilan B :
a. Donner le n.o. de chacun des éléments : carbone, hydrogène et oxygène, dans les réactifs et
dans les produits.
b. Préciser si cette équation-bilan représente une réaction d’oxydoréduction.
Deuxième exercice : Étude de deux montages expérimentaux (7,5 points)
On construit une pile électrochimique avec des
électrodes constituées des deux métaux argent
(Ag) et plomb (Pb). On utilise des solutions
concentrées en ions Ag+ et Pb2+.
La pile obtenue est schématisée ci-contre.
c
I
d
1. Annoter le schéma de la pile sans le
reproduire.
a
lame de
plomb
2. Préciser la nature de chaque électrode.
b
e
3. Écrire la demi-équation de la réaction qui se
déroule au niveau de chaque électrode.
Nommer le phénomène correspondant. En
déduire l’équation-bilan.
4. La masse de l’une des électrodes augmente. Préciser laquelle et justifier cette augmentation.
5. Donner la représentation schématique de la pile électrochimique réalisée.
1/2
6. À la fin de l’expérience, on utilise une partie du matériel qui a servi à réaliser la pile pour
recouvrir une cuillère en fer d’une mince couche d’argent.
a. Nommer le procédé qu’on doit appliquer pour recouvrir la cuillère d’une couche d’argent.
b. Citer le matériel nécessaire pour réaliser cette opération.
c. Décrire le montage expérimental correspondant.
Troisième exercice : Liaisons chimiques (6,5 points)
Deux atomes d’hydrogène forment avec un atome X une molécule dont la représentation de Lewis
est la suivante : H – X – H .
1. Préciser la nature de la liaison chimique entre X et H.
2. Indiquer la valence de l’atome X.
3. Préciser le groupe chimique de X.
4. X fait partie des 20 premiers éléments chimiques. Proposer les configurations électroniques
possibles de l’atome X.
5. Deux atomes X établissent entre eux une liaison chimique. Expliquer comment se forme cette
liaison et donner la représentation de Lewis de la molécule X2.
6. L’atome X peut donner un ion. Expliquer la formation de cet ion et donner sa formule.
BON TRAVAIL !
2/2
Classe de 3e
Contrôle 3, mars 2012
Chimie
Corrigé
Premier exercice : Rédox ou non rédox ? (6 points)
1. Calcul du nombre d’oxydation du carbone dans différentes espèces chimiques
Dans une molécule : n.o.(H) = +I et n.o.(O) = -II.
On pose : n.o.(C) = x.
 Dans C : n.o.(C) = 0.
 Dans CO2 : x + 2 (-II) = 0 ; d’où : x = 4. Donc n.o.(C) = +IV.
 Dans H2CO3 : 2 (+I) + x + 3 (-II) = 0 ; d’où : x = 4. Donc n.o.(C) = +IV.
Barème
¼ pt
¼ pt
¼ pt
2. Étude de l’équation-bilan A : C + O2 → CO2
a. Dans les réactifs C et O2 : n.o.(C) = 0 et n.o.(O) = 0.
Dans le produit CO2 : n.o.(C) = +IV et n.o.(O) = -II.
½ pt
½ pt
b. Dans cette réaction :
- n.o.(C) augmente de 0 à +IV ; C est donc oxydé ;
- n.o.(O) diminue de 0 à –II ; O2 est donc réduit.
¾ pt
¾ pt
c. Dans la réaction représentée par l’équation-bilan A, il y a eu simultanément
oxydation d’une espèce chimique (C) et réduction d’une autre espèce chimique (O2).
L’équation-bilan A représente donc une réaction d’oxydoréduction.
1 pt
3. Étude de l’équation-bilan B : CO2 + H2O → H2CO3
a. Dans les réactifs CO2 et H2O : n.o.(C) = +IV, n.o.(H) = +I et n.o.(O) = -II.
Dans le produit H2CO3 : n.o.(C) = +IV, n.o.(H) = +I et n.o.(O) = -II.
½ pt
½ pt
b. Dans la réaction représentée par l’équation-bilan B, le n.o. de chacun des éléments :
C, H et O reste le même dans les réactifs et dans les produits. Il n’y a donc ni
oxydation, ni réduction. On peut dire alors que l’équation-bilan B ne représente pas
une réaction d’oxydoréduction.
¾ pt
Deuxième exercice : Étude de deux montages expérimentaux (7,5 points)
1. Annotation du schéma de la pile
a = lame d’argent ; b = solution concentrée en ions Ag+ ; c = lampe ; d = pont salin ;
e = solution concentrée en ions Pb2+.
2. Nature des électrodes
Dans le schéma de la pile, le courant passe de la lame d’argent vers la lame de plomb.
Or, dans une pile électrochimique, le courant passe de l’électrode positive ou cathode
vers l’électrode négative ou anode. On déduit alors que, dans cette pile, la lame de
plomb constitue l’anode et la lame d’argent constitue la cathode.
3. Demi-équations électroniques et équation-bilan
 Au niveau de l’anode (lame de plomb), il y a oxydation des atomes de plomb.
La demi-équation correspondante est : Pb → Pb2+ + 2 e-.
 Au niveau de la cathode (lame d’argent), il y a réduction des ions argent.
La demi-équation correspondante est : Ag+ + e- → Ag ou 2 Ag+ + 2 e- → 2 Ag.
 L’équation-bilan est : Pb + 2 Ag+ → Pb2+ + 2 Ag.
1 pt ¼
1 pt
¾ pt
¾ pt
½ pt
1/2
Corrigé
4. Augmentation de masse d’une électrode
C’est la cathode de la pile (lame d’argent) qui augmente de masse. En effet, les ions Ag+
sont réduits à la cathode et forment un dépôt d’argent métallique (solide), augmentant
ainsi la masse de la lame d’argent.
5. Représentation schématique de la pile Pb - Ag
Pb / Pb2+ | | Ag+ / Ag ou Pb / Pb2+ - pont salin - Ag+ / Ag
6. Dépôt d’argent sur une cuillère en fer
a. Pour recouvrir la cuillère d’une couche d’argent, on doit réaliser une électrolyse à
anode soluble.
b. Matériel nécessaire :
- la cuillère en fer ;
- un électrolyseur ;
- une lame d’argent ;
- un générateur de courant continu (pile) ;
- une solution contenant des ions Ag+ ;
- deux fils de connexion.
c. On place dans l’électrolyseur la solution contenant des ions Ag+ et on y plonge la
lame d’argent et la cuillère en fer. La lame d’argent, constituant l’anode, est reliée au
pôle positif de la pile par un fil de connexion, et la cuillère en fer, constituant la
cathode, est reliée au pôle négatif de la pile par l’autre fil de connexion.
Ainsi, en fermant le circuit, l’argent de l’anode sera oxydé et de l’argent métallique,
provenant de la réduction des ions Ag+, se déposera sur la cuillère en fer.
Barème
½ pt
½ pt
½ pt
¾ pt
1 pt
Troisième exercice : Liaisons chimiques (6,5 points)
1. Nature de la liaison chimique entre X et H
Dans la molécule XH2, il y a un doublet liant entre X et chacun des 2 atomes
d’hydrogène. Chaque doublet liant représentant une liaison covalente simple, on déduit
qu’il y a 2 liaisons covalentes simples dans cette molécule.
1 pt
2. Valence de l’atome X
Puisque l’atome X fait 2 liaisons, donc il a 2 électrons célibataires. On en déduit que la
valence de l’atome X est 2.
1 pt
3. Groupe chimique de X
L’atome X a 2 doublets électroniques non liants et 2 électrons célibataires sur son
niveau externe, donc il a 6 électrons périphériques. Or, le groupe d’un élément
correspond au nombre d’électrons externes de l’atome de cet élément. On déduit alors
que l’élément X appartient au groupe VI.
1 pt
4. Configurations électroniques possibles de l’atome X
X a 6 électrons périphériques. Ces électrons peuvent être sur les niveaux L ou M
puisque X compte parmi les 20 premiers éléments chimiques (Z ≤ 20) et le niveau K est
saturé à 2 électrons. Donc deux configurations électroniques sont possibles pour l’atome
X : K2 L6 (8 électrons) et K2 L8 M6 (16 électrons).
1 pt
5. Formation de la molécule X2
L’atome X, ayant 6 électrons de valence, a besoin de 2 électrons pour accomplir son
octet périphérique. Deux atomes X mettent alors en commun 2 doublets électroniques,
établissant entre eux une liaison covalente double. La représentation de Lewis de la
molécule X2 est la suivante : X = X .
1 pt
½ pt
6. Formation de l’ion à partir de l’atome X
X peut saturer son niveau externe en gagnant 2 électrons et donner l’anion X2-.
1 pt
2/2