Université Cadi Ayyad Faculté Polydisciplinaire Safi Département de Chimie ﺟـﺎﻣﻌــﺔ اﻟﻘـﺎﺿـﻲ ﻋﻴـــﺎض اﻟﻛـﻠﻴـﺔ اﻟﻣــﺘﻌددة اﻟﺘﺧﺻﺻــﺎت أﺳﻔـــــــﻲ ﺷﻌﺑـــﺔ اﻟﻛﻴﻣﻴـــــﺎء Filière Sciences de la Matière Chimie SMPC//S1 Module : Atomistique Examen de la Session de Rattrapage Janvier 2015 Durée : 1h30min Nom et Prénom : .................................................................................................... Note : N° Inscription ou CNE : .................................................................................................... /20 Date et Lieu d’examen : .................................................................................................... Mise en garde En cas de fraude ou tentative de fraude, les sanctions peuvent aller de la réduction de la note jusqu’à l’attribution de la note zéro avec exclusion de la salle d’examen. Le rapport qui sera remis à cet effet au Conseil de Discipline de l’établissement sera étudié et donnera lieu aux sanctions disciplinaires qui s’imposent. Important : Documents non autorisés (tableau périodique et/ou autres) ; Correcteur "Blanco" non autorisé ; Portable non autorisé ; Calculatrice autorisée Barème Questions Note 1- Donner la définition des isotopes Les isotopes sont des éléments ayant le même numéro atomique Z (même nombre de proton) et le nombre de masse différent (le nombre de neutrons différent). /2 2- Les couples ci-dessous sont-ils des paires d’isotopes ? Cocher, en justifiant, la (les) case(s) correspondant à la bonne réponse. 14 q 14 C, N "ils n’ont pas le même Z, ils n’appartiennent pas au même élément" 6 7 7 14 q 3Li, 7 N " ils n’ont pas le même Z, ils n’appartiennent pas au même élément" 15 14 N, N " ils ont le même Z, ils appartiennent à l’élément N" 7 7 7 15 q 3Li, 7 N " ils n’ont pas le même Z, ils n’appartiennent pas au même élément" 3- Un atome d'hydrogène initialement à l'état fondamental absorbe une quantité d'énergie de 10,2 eV. À quel niveau se trouve-t-il alors ? L’atome d’H à l’état fondamental absorbe une énergie de 10,2 eV déterminons le niveau m : /1.5 En = -13,6 Z2 /n2 (Z=1) Donc : En = -13,6 /n2 et Em = -13,6 /m2 hv = ∆Emn =Em-En = -13,6 (1/m2 – 1/n2) = 10,2 (eV) - (1/m2 – 1/n2) = 10,2 / 13,6 = 0,75 Or : n = 1 1-1/m2 = 0,75 1/m2 = 1-0,75 = 0,25 D’ou : m2 = 4 m=2 -1- Modèle de Bohr m=? hv = 10,2 eV n=1 Signature de l’Étudiant 4- Un atome d'hydrogène initialement au niveau n=3 émet une radiation de longueur d'onde λ = 1027 Å. À quel niveau se retrouve-t-il ? 1 ߣ a) selon Ritz /1.5 1/p2 = 1/n2 + 1 ߣRH Modèle de Bohr A.N : n = 3 RH = 1,096773 107 m-1 ߣ = 1027 Å.= 1027 10-10 m 2 1/p = 1/32 + 1/1027 10-10 x 1.096773 107 1/p2 = 0,9989 /3 = RH (1/p2 – 1/n2) p2 = 1 n= 3 hv p=? p=1 5- a. Donner l’expression analytique permettant de déterminer la masse totale des électrons d’une pièce de monnaie en cuivre. Sachant que : - mp = 250 10-3 kg (masse de la pièce de monnaie en cuivre)=0.25g - MCu = 63.5 g.mol-1 (masse atomique de l’atome de cuivre) - me = 9.109 10-28 g (masse de l’électron) - NA = 6.022 1023 mol-1 (nombre d’Avogadro) - ZCu = 29 (numéro atomique de l’atome de cuivre) - Le Nombre d’Atome de cuivre "NbA(Cu)" correspondant à la masse de la pièce mp est : NbA(Cu) = mp(g)* NA(mol-1)/MCu(g.mol-1) - Le Nombre d’électron Total "Nbele-Tot" sera donc : Nbele-Tot = ZCu * NbA(Cu) - La masse totale des électrons de la pièce de cuivre "mtot-e (P-Cu)" est donc : Nbele-Tot * me - D’où l’expression analytique suivante : mtot-e (P-Cu) = [ZCu * mp (g)* NA(mol-1)/MCu(g.mol-1)] * me 5- b. Calculer alors cette masse totale : mtot = g 6- Dans l’atome de cuivre à l’état fondamental, combien d’électrons sont caractérisés par le nombre quantique magnétique ml=+1 ? (justifier votre réponse) /2 Le 29Cu a la configuration électronique suivante : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s1. En explicitant les 4 niveaux de la 4ème période, on écrit : n=1 l= 0 ml= 0 pas d’électron avec ml=+1 n=2 l= 0 ml= 0 pas d’électron avec ml=+1 l= 1 ml=-1, 0, +1 2 électrons avec ml = +1 n=3 l= 0 ml= 0 pas d’électron avec ml=+1 l= 1 ml=-1, 0, +1 2 électrons avec ml = +1 l= 2 ml=-2,-1, 0, +1,+2 2 électrons avec ml = +1 n=4 l= 0 ml= 0 pas d’électron avec ml=+1 Au total, le cuivre, dans son état fondamental, possède 6 électrons caractérisés par le nombre quantique ml=+1. -2- 7- En justifiant votre réponse, donner les configurations électroniques des éléments suivants 47Ag, 42Mo, 30Zn /3 2+ , 26Fe 2+, 26Fe3+, 33As3- 47Ag 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d9 donc l’état la plus stable est: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d10 (couche "d" totalement remplie) 42Mo 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s2 4d4 donc l’état la plus stable est: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 5s1 4d5 (couche "d" à moitié remplie) 30Zn 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 Donc 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s0 3d10 ou bien 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 (couche "d" totalement remplie) 30Zn 2+ 26 Fe 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 Donc 26 Fe 2+ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s0 3d6 ou bien 26 Fe 3+ 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s0 3d5 ou bien 333As 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 (couche "d" à moitié remplie) 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d10 4p6 (ayant la structure électronique du gaz rare le plus proche : le Krypton 36Kr ) 8- Expliquer pourquoi l’ion 23V5+ est plus stable que l’ion 23V2+ Les configurations électroniques de l’élément vanadium 23V et ses ions considérés V5+ et V2+sont les suivantes : /2 V : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d3 V2+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d3 V5+ : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 La configuration de V5+est identique à celle de l’argon 18Ar (gaz rare), c’est-à-dire particulièrement stable puisque que le niveau n=3 est rempli. Cet ion est donc plus stable que V2+ qui possède 3 électrons célibataires sur 3 orbitales d. 9- Parmi les propositions suivantes relatives à la structure électronique externe de Fe3+, cocher, en justifiant, la ou les proposition(s) exacte(s) ? 3d /2 4s q Faux (voir Q.7) q Faux (voir Q.7) q q Faux (le non Respect de la Règle de Hund) Vrai (Respect de la Règle de Hund) -3- Faux (voir Q. 7) 10- a. Préciser la structure électronique, puis le numéro atomique de l’élément qui occupe la huitième colonne et la quatrième période de la classification. La quatrième période n=4 La huitième colonne l’élément possède 8 électrons dans sa couche de valence répartis dans les niveaux 4s3d 4s23d6 On obtient donc la structure complète suivante : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s2 3d6 Donc Z = 26, il s’agit de Fe. 10- b. Quel est le gaz noble le plus proche de lui dans la classification périodique ? /3 Le gaz noble le plus proche de lui est celui qui à un Z = 18 il s’agit donc de l’Argon "Ar" 10- c. Donner la nature des deux éléments et les Positionner dans le tableau périodique ci-dessous. Ar Fe -4Signature de l’Étudiant