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Année%scolaire%2014/2015%Corrigé%du%Devoir%Surveillé%n°4%Page%1%sur%9%
PCSI 2014/2015
Corrigé du
Devoir Surveillé de chimie n°4
Le phosphore et ses composés
I)#Le#phosphore#et#la#famille#des#pnictogènes#
1) Le%phosphore%fait%partie%de%la%colonne%15%de%la%classification.%Les%colonnes%1%et%2%constituant%le%
bloc%𝑠%et%les%colonnes%3%à%12%le%bloc%𝑑,%il%s’agit%de%la%3ème%colonne%du%bloc%𝑝.%On%en%déduit%que%la%
configuration%électronique%du%phosphore%se#termine#par#𝒑𝟑%selon%la%règle%de%Klechkowski.%
Le%bloc%𝑝%ne%contient%des%éléments%qu’à%partir%de%la%2ème%période.%Comme%le%phosphore%est%le%deuxième%
pnictogène,%on%en%déduit%qu’il%se%trouve%dans%la%3ème%période,%donc%que%le%nombre%quantique%principal%
le%plus%élevé%de%sa%configuration%électronique%est%𝒏𝒎𝒂𝒙 =𝟑.%
On%applique%donc%la%règle%de%Klechkowski%jusqu’à%rencontrer%la%première%configuration%électronique%se%
terminant%par%𝑝!%et%contenant%𝑛=3.%On%obtient%:%
P%:%1𝑠!2𝑠!2𝑝!3𝑠!3𝑝!%
L’atome%étant%électriquement%neutre,%il%suffit%de%compter%les%électrons%2+2+6+2+3=15%pour%
obtenir%également%le%nombre%de%protons%dans%le%noyau,%donc%le%numéro%atomique%:%
𝑍=15%
2) Les%électrons%de%valence%sont%ceux%des%OA%de%nombre%quantique%principal%le%plus%élevé%(et%
d’éventuelles%autres%OA%incomplètes,%mais%il%n’y%en%a%pas%ici).%Il%s’agit%donc%des%électrons%3𝑠!3𝑝!!:%
Le%phosphore%possède%5%électrons%de%valence.%
Tous%les%autres%électrons%sont%des%électrons%de%cœur%:#
Le%phosphore%possède%10%électrons%de%cœur.%%
Les%électrons%des%OA%pleines%sont%tous%appariés.%Ceux%des%OA%incomplètes,%ici%3𝑝,%se%placent%avec%leurs%
spins%parallèles%prioritairement,%conformément%à%la%règle#de#Hund#:%
%
Le%phosphore%possède%3%électrons%célibataires.%
3) Comme%il%n’y%a%qu’un%isotope%naturel%du%phosphore,%de%nombre%de%masse%𝐴,%la%masse%molaire%du%

Année%scolaire%2014/2015%Corrigé%du%Devoir%Surveillé%n°4%Page%2%sur%9%
phosphore%est%la%masse%molaire%de%cet%isotope,%soit%𝑀P≈𝐴!g⋅mol!!%avec%une%précision%de%
±0,1!g⋅mol!!.%Comme%𝐴%est%un%entier,%la%seule%valeur%entière%qui%soit%compatible%avec%30,97%avec%cette%
précision%est%𝐴=31.%
Le%nombre%de%masse%est%le%nombre%de%nucléons%(protons+neutrons),%donc%:%
Un%noyau%de%phosphore%renferme%𝑍=15%protons%et%𝑁=𝐴−𝑍=16%neutrons.%
4) On%procède%comme%à%la%question%1%pour%trouver%la%configuration%électronique%de%l’ununpentium%
selon%la%règle%de%Klechkowski,%avec%cette%fois%𝑛!"# =7%(6ème%pnictogène)%:%
Uup%:%1𝑠!2𝑠!2𝑝!3𝑠!3𝑝!4𝑠!3𝑑!"4𝑝!5𝑠!4𝑑!"5𝑝!6𝑠!4𝑓!"5𝑑!"6𝑝!7𝑠!5𝑓!"6𝑑!"7𝑝!%
En%comptant%les%électrons,%on%trouve%aussi%le%numéro%atomique%:%
𝑍=115 !
Il%s’agit%d’un%atome%dont%le%noyau%est%dit%«%superlourd%».%Il%n’existe%pas%à%l’état%naturel,%on%le%synthétise%
dans%les%accélérateurs%de%particules%et%sa%durée%de%vie%est%probablement%infime.%Il%est%impossible%de%
faire%suffisamment%d’atomes%et%de%les%conserver%assez%longtemps%pour%en%faire%un%corps%simple%dont%on%
pourrait%mesurer%les%propriétés…%
5) Un%métal%est%en%général%un%solide%opaque%et%réfléchissant,%ductile%et%malléable,%un%bon%
conducteur%électrique%et%thermique,%un%bon%réducteur…%
D’après%les%descriptions%fournies,%l’azote%est%un%gaz,%le%phosphore%présente%des%couleurs%mates%variées,%
ce%sont%des%non`métaux.%
Arsenic,%antimoine%et%bismuth%présentent%des%caractéristiques%métalliques%:%aspect%brillant,%bonne%
conductivité%électrique.%Mais%les%métaux%ont%la%particularité%d’avoir%une#conductivité#électrique#qui#
diminue#quand#la#température#augmente.%L’arsenic%et%l’antimoine%ne%sont%donc%pas%des%métaux%
mais%des%métalloïdes.%Seul%le%bismuth%est%un%métal%dans%la%colonne%des%pnictogènes.%
La%frontière%non`métaux/métaux%dans%la%colonne%15%se%situe%entre%l’antimoine%et%le%bismuth.%
6) Allure%de%la%classification%périodique%:%
H%
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N%
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P%
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As%
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Sb%
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Bi%
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Bloc%𝑠%%%%%Bloc%𝑑%%%%%%Bloc%𝑝%
7) La%frontière%entre%les%cases%bleues%(métaux)%et%les%cases%jaunes%(non`métaux)%traverse%
diagonalement%le%bloc%𝑝,%en%passant%entre%Sb%et%Bi%comme%on%l’a%établi%à%la%question%précédente.%La%
frontière%passe%également%entre%H%et%les%autres%alcalins,%H%étant%un%non`métal.%
8) Une%OA%𝑑%est%définie%par%un%nombre%quantique%azimutal%!=2.%Le%nombre%quantique%
magnétique%associé%peut%donc%prendre%5%valeurs%différentes,%𝑚!=−2;−1;0;+1;+2,%il%y%a%donc%5#OA#
𝒅#à#chaque#niveau#𝒏.%D’après%le%principe%de%Pauli,%chaque%OA%peut%décrire%2%électrons%au%maximum,%il%
faut%donc%10%électrons%pour%saturer%une%sous`couche%𝑑.%
Le%bloc%𝑑%rassemble%donc%les%éléments%dont%la%configuration%électronique%se%termine,%selon%la%règle%de%

Année%scolaire%2014/2015%Corrigé%du%Devoir%Surveillé%n°4%Page%3%sur%9%
Klechkowski,%par%𝑑!…%jusqu’à%𝑑!",%soit%10%éléments,%d’où%les%10%colonnes%du%bloc.%
9) Le%corps%simple%azote%se%présente%sous%forme%d’un%gaz,%dont%les%entités%constitutives%sont%des%
molécules%N!.%
Le%phosphore%blanc%est%un%solide%constitué%d’un%empilement%de%molécules%P
!.%
N!%et%P
!%sont%des%molécules%symétriques%apolaires.%Les%seules%forces%de%van%der%Waals%qui%s’établissent%
sont%les%forces%de%London.%
Or%les%molécules%N!%sont%beaucoup%plus%petites%que%les%molécules%P
!,%d’une%part%parce%qu’elles%n’ont%
que%deux%atomes,%d’autre%part%parce%que%N%est%un%atome%plus%petit%que%P%(situé%au`dessus%dans%la%
même%colonne).%P
!%est%donc%plus%polarisable%que%N!!:%les%forces%de%van%der%Waals%de%type%London%sont%
donc%plus%intenses%entre%les%molécules%P
!%qu’entre%les%molécules%N!,%ce%qui%explique%la%cohésion%de%P !%
en%une%phase%solide%dans%les%conditions%normales%de%température%et%de%pression%alors%que%N!%est%
gazeux.%
%
la#molécule#
P
𝟒#
II)#Du#phosphore#à#l’acide#phosphorique#et#à#l’ion#phosphate#
1) L’électronégativité%augmente%de%gauche%à%droite%dans%une%même%ligne%et%de%bas%en%haut%dans%une%
même%colonne%du%tableau%périodique.%
L’oxygène%est%situé%période%2,%colonne%16,%donc%en%haut%à%droite%du%phosphore%:%
L’oxygène%est%plus%électronégatif%que%le%phosphore.%
2) En%raison%de%la%très%haute%toxicité%du%phosphore,%on%le%manipule%sous#une#hotte#ventilée,%vitre%
baissée,%avec%des%gants#de#protection#et%des#lunettes#de#sécurité.%Le%phosphore%blanc%est%conservé%
au%laboratoire%dans%un%flacon%rempli%d’eau,%pour%éviter%qu’il%ne%soit%au%contact%de%l’air.%On%prélève%un%
petit%morceau%de%phosphore%blanc%au%moyen%d’une%pince%et%on%le%place%dans%un%têt%de%combustion,%que%
l’on%introduit%dans%un%flacon%de%combustion%préalablement%rempli%de%dioxygène.%
La%combustion%peut%en%théorie%démarrer%spontanément,%mais%en%général%on%l’amorce%en%approchant%
une%tige%métallique%chauffée%au%rouge%dans%un%bec%bunsen%(on%a%retiré%les%gants%pour%cette%étape).%Dès%
que%la%tige%touche%le%phosphore,%la%réaction%de%combustion,%très%vive,%démarre.%
On%ne%rejette%aucun%résidu%à%la%poubelle%ni%à%l’évier%après%l’expérience.%
3) Le%produit%de%la%réaction%est%solide%car%l’énoncé%indique%qu’il%s’agit%d’une%fumée%(particules%
solides%en%suspension%dans%l’air).%Comme%indiqué,%les%entités%constituant%ce%solide%sont%des%molécules%
de%formule%brute%P
!O!".%L’équation%symbolisant%la%réaction%est%donc%:%
4Ps+5O!g=P
!O!" s%
4) Si%on%utilise%une%description%ionique%pour%l’oxyde%de%phosphore,%alors%on%peut%prévoir%que%
l’oxygène%se%trouvera%sous%forme%d’anions%O!!%(car%il%est%plus%électronégatif%que%P%et%il%lui%manque%
deux%électrons%pour%compléter%sa%couche%de%valence),%et%le%phosphore%sous%forme%de%cations%P!!%(car%il%
est%moins%électronégatif%que%O%et%possède%5%électrons%de%valence).%
Pour%assurer%la%neutralité,%il%faut%donc%2%ions%P!!%pour%5%ions%O!!.%La%formule%P
!O!"%respecte%bien%cette%
stœchiométrie.%Notons%que%la%liaison%est%davantage%covalente%que%ionique%dans%P
!O!"%mais%cela%ne%
change%pas%le%nombre%d’électrons%impliqués.%
5) Il%faut%écrire%4%formules%mésomères%pour%rendre%compte%de%l’équivalence%stricte%des%quatre%
liaisons%PO%:%

Année%scolaire%2014/2015%Corrigé%du%Devoir%Surveillé%n°4%Page%4%sur%9%
%
6) L’atome%de%phosphore%est%lié%à%4%atomes%O%et%ne%porte%pas%de%doublet%non%liant,%le%type%VSEPR%est%
donc%
AX
𝟒.%
PO!
!!%étant%l’hybride%de%résonance%des%4%formules%mésomères%précédentes,%les%4%liaisons%PO%sont%
parfaitement%identiques,%intermédiaires%entre%une%liaison%simple%et%une%liaison%double%:%
L’ion%PO!
!!%est%un%tétraèdre%régulier.%
%
Les%trois%charges%négatives%sont%équitablement%réparties%sur%les%quatre%atomes%O.%
7) On%ajoute%un%proton%sur%trois%atomes%d’oxygène%de%la%structure%précédente,%au%hasard.%À%partir%
de%là,%la%structure%de%Lewis%n’est%plus%représentée%que%par%une#formule#mésomère#unique#:%
%
La%structure%est%toujours%tétraédrique,%mais%le%tétraèdre%n’est%plus%parfaitement%régulier.%En%effet,%l’une%
des%liaisons%est%une%liaison%double,%donc%plus%courte%(152!pm),%alors%que%les%trois%autres%sont%des%
liaisons%simples%équivalentes,%plus%longues%(157!pm).%
%
8) La%molécule%est%polaire%et%peut%donc%réaliser%des%interactions%de%van%der%Waals%de%type%Keesom,%
en%particulier,%avec%l’eau,%polaire%également,%mais%il%faut%surtout%mentionner%que%l’acide%phosphorique%
est%très%hydrophile%car%il%est%à%la%fois%donneur#et#accepteur#de#liaisons#hydrogène.%En%outre,%H!PO!%
ne%possède%pas%de%partie%hydrophobe.%
On%schématise%quelques`unes%des%nombreuses#liaisons#hydrogène%qui%peuvent%s’établir%entre%H!PO!%
et%l’eau%:%

Année%scolaire%2014/2015%Corrigé%du%Devoir%Surveillé%n°4%Page%5%sur%9%
%
9) Comme%indiqué%précédemment,%l’ion%phosphate%est%l’ion%PO!
!!.%
Le%sodium%étant%un%métal%alcalin,%il%est%dans%la%première%colonne%du%tableau%périodique%et%possède%un%
unique%électron%de%valence.%Son%cation%courant%est%donc%Na!.%
Pour%assurer%la%neutralité%du%solide%ionique,%il%y%a%donc%3%ions%Na!%par%ion%PO!
!!%dans%le%phosphate%de%
sodium%:%
Le%phosphate%de%sodium%a%pour%formule%Na!PO!s.%
L’eau%est%un%solvant%polaire,%qui%solvate%donc%bien%les%ions,%et%très%dissociant.%Sa%permittivité%relative%
élevée%(𝜖≈80)%permet%aux%ions%de%se%séparer%très%facilement%dans%ce%milieu.%
L’équation%de%dissolution%est%:%
Na!PO!s=3Na aq
!+PO!
!!
aq %
On#rappelle#que#la#réaction#précédente#peut#être#rigoureusement#totale#tant#que#la#solution#n’est#pas#
saturée.#En#solution#saturée,#elle#conduit#à#un#équilibre#chimique.#
III)#Autres#corps#composés#contenant#du#phosphore#
Les#minerais#de#phosphore#
1) Le%fluor%est%le%premier%élément%(période%𝑛=2)%de%la%colonne#n°17%du%tableau%périodique%:%
Le%fluor%fait%partie%de%la%famille%des%halogènes.%
La%configuration%électronique%du%fluor%est%1𝑠!2𝑠!2𝑝!!:%il%lui%manque%donc%un%électron%pour%saturer%sa%
couche%de%valence.%Le%fluor%étant%l’élément%le%plus%électronégatif%du%tableau%périodique,%on%le%trouve%
donc,%dans%tous%les%corps%composés,%sous%forme%
d’anion%F!.%
2) Par%application%de%la%règle%de%Klechkowski%:%
Ca%(𝑍=20)%:%1𝑠!2𝑠!2𝑝!3𝑠!3𝑝!4𝑠!%
Le%calcium%se%situe%dans%la%4ème%période%car%son%nombre%quantique%principal%le%plus%élevé%est%𝑛!"# =4.%
Sa%configuration%électronique%se%terminant%par%𝑠!%selon%Klechkowski,%il%se%situe%dans%la%deuxième%
colonne%du%bloc%𝑠,%qui%est%la%colonne%n°2%du%tableau%périodique.%C’est%un%élément%alcalino`terreux.%
Coordonnées%de%Ca%:%(période%4%;%colonne%2)%
3) Le%calcium%possède%deux%électrons%de%valence%(4𝑠!).%Comme%il%est%très%à%gauche%dans%la%
classification%périodique%par%rapport%aux%autres%éléments%de%la%fluoroapatite,%il%est%beaucoup%moins%
électronégatif%qu’eux%et%on%le%trouvera%donc%sous%forme%de%cation%Ca!!.%