DS de chimie n°1 - PCSI

DS de chimie n°1
Durée: 2h
Instructions générales :
 Les candidats sont invités à porter une attention toute particulière à la qualité de la rédaction, de
l’orthographe et des justifications.
 Si, au cours de l’épreuve, un candidat repère ce qui lui semble être une erreur d’énoncé, il le signale
sur sa copie et poursuit sa composition en expliquant les raisons des initiatives qu’il est amené à
prendre.
 L’usage d’une calculatrice est autorisé pour cette épreuve.
 Les différents exercices sont indépendants. Ils peuvent être traités dans l'ordre choisi par le candidat.
Le candidat prendra soin de bien numéroter l'exercice et les questions qu'il est en train de traiter et de
ne pas disséminer les différentes parties d'un même exercice tout au long de sa copie.
Exercice n°1: Les nombres quantiques:
1. Donner le nom des 4 nombres quantiques qui permettent de décrire l'état quantique d'un électron. Préciser
les valeurs possibles pour chacun d’eux.
2. Parmi les quadruplets de nombres quantiques ( ,ℓ, ℓ, ) ci-dessous, quels sont ceux qui sont incohérents
et ne peuvent donc pas décrire l’état d’un électron dans un atome? Justifier.
(3, 3, 3, +1/2)
(4, 3, 2, +1/2)
(4, 0, -3, −1/2)
(4, 2, −1, +1/2)
3. Pour les quadruplets possibles, indiquer le symbole de la sous-couche électronique correspondante (
…) en indiquant le nombre d’électrons maximal que cette sous-couche peut contenir.
,
Soit un atome X inconnu. On considère un électron de cet atome, dans un état quantique défini par =3 et
ℓ=2.
4. Les affirmations suivantes sont-elles exactes ? Justifier vos réponses
a) Cet électron peut posséder un nombre ℓ=5.
b) Cet électron peut se trouver dans une sous-couche 3 .
c) Cet électron se trouve nécessairement dans une sous-couche .
d) Cet électron peut se trouver dans la sous-couche 4 .
e) Cet électron peut présenter un nombre quantique de spin
=−1/2.
Exercice n°2: Configurations électroniques
1. Donner les deux règles (nom + énoncé) qui permettent de déterminer la configuration électronique d'un
atome ou d'un ion dans son état fondamental.
2. Donner la configuration électronique des atomes suivants dans leur état fondamental, indiquer les
électrons de cœur et de valence puis représenter par un diagramme d’énergie les sous-couches en cours
de remplissage:
Arsenic 33As
Vanadium
23V
Iode 53I
Samarium 62Sm
1
DS de chimie n°1 2014/2015
Exercice n°3: Utilisation de la classification périodique
1. Sachant que le Germanium (Ge) appartient à la colonne n°14 et à la quatrième période, donner sa
configuration électronique.
2
2
6
2. Dans le tableau périodique, le palladium (Pd) est situé sous le nickel (Ni, =28, configuration 1s 2s 2p
2
6
2
8
3s 3p 4s 3d ) . En déduire sa configuration électronique.
3. Sachant qu’un atome forme un ion de telle sorte que sa configuration électronique atteigne la même
configuration que le gaz noble le plus proche, déterminer les ions les plus probables qui vont se former à partir
des éléments suivants : soufre S (Z=16), Magnésium (Z=12).
2
2
6
2
6
2
1
4. Donner les numéros de période et de colonne du Scandium Sc de configuration 1s 2s 2p 3s 3p 4s 3d
Exercice n°4: Série de raies:
Dans le spectre d'émission de l'atome d'hydrogène, la série de Pfund, découverte en 1924, est associée aux
transitions d'un niveau d'énergie n > 5 vers le niveau d'énergie n = 5.
1. Justifier de la présence de raies dans le spectre d’émission ou d’absorption de l’atome d’hydrogène.
2. Calculer la longueur d'onde λ7→5 associée à la transition du niveau n = 7 vers le niveau n = 5. Dans quel
domaine électromagnétique appartient-elle ?
3. Dans la série de Pfund, à quelle transition correspond la raie de longueur d'onde maximale? Déterminer sa
valeur.
4. Dans la série de Pfund, à quelle transition tend la raie de longueur d'onde minimale? Déterminer sa valeur.
Données: h = 6,63 x 10
-34
J.s
8
c = 3,0 x 10 m.s
-1
1eV = 1,6 x 10
-19
J
Exercice n°5: Etude du soufre
Voici deux paragraphes extraits de l’article de Wikipedia consacré au soufre:
• Le soufre est un élément chimique de la famille des chalcogènes, de symbole S et de numéro atomique 16.
• Le corps simple soufre est un non-métal d’aspect jaune pâle. Il brûle avec une flamme bleue qui émet une
odeur particulièrement suffocante (le dioxyde de soufre SO2).
1. Expliquer la différence entre les termes «élément chimique» et «corps simple» attribués au soufre
dans les deux paragraphes précédents. On déterminera ma formule chimique du corps simple.
2. À partir du numéro atomique du soufre, déterminer le numéro de la colonne de la famille des
chalcogènes. Montrer que le premier élément de cette colonne est l’oxygène.
3. Sur le tableau périodique donné en annexe, indiquer les familles chimiques suivantes : les
chalcogènes, les halogènes, les métaux alcalins, les métaux alcalino-terreux, les gaz nobles.
4. Le rayon atomique de l’oxygène est de 60 pm, celui du soufre est de 105 pm. Que représente la
notation « pm »? Interpréter la différence de rayon entre l’oxygène et le soufre.
5. Le phosphore, de numéro atomique Z=15 appartient à la même période que le soufre. Le rayon
atomique du phosphore est de 107 pm. Interpréter la différence de rayon atomique entre le phosphore
et le soufre.
6. Déterminer, de l’oxygène ou du soufre, l’élément qui a le plus fort caractère oxydant.
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Exercice n°6: Etude du tantale
Il existe deux isotopes naturels du tantale:
−1
le premier de masse molaire 179,947 g⋅mol ,
−1
l’autre de masse molaire 180,947 g⋅mol .
1. Donner la composition du noyau des deux isotopes du tantale.
-1
2. Sachant qu’à l’état naturel l’élément tantale a une masse molaire M=180,946 g.mol , calculer l’abondance
isotopique de chaque isotope du tantale.
+
3. Donner la configuration électroniques de l’ion Ta .
4. Le niobium (symbole Nb) a pour numéro atomique =41. Justifier simplement que tantale et niobium ont
longtemps été confondus.
NOM :
Annexe (à rendre avec la copie)
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