Chimie Premier exercice : Le calcium et l`iode, deux éléments

Collège des Saints Cœurs Examen 1, février 2009
Sioufi Classe : 3e
Durée : 55 mn
Chimie
Cette épreuve est constituée de trois exercices.
Elle comporte deux pages numérotées 1/2 et 2/2.
L’usage de la calculatrice est interdit.
Premier exercice : Le calcium et l’iode, deux éléments essentiels pour le corps
(7 points)
Les sels minéraux sont indispensables au bon fonctionnement de l’organisme. Ils sont présents dans
notre corps sous forme d’ions. Parmi les éléments qui constituent les sels minéraux, on trouve le
calcium et l’iode.
1. Le calcium, de symbole Ca, est un constituant essentiel des os et des dents. Il intervient dans la
contraction musculaire et contribue à la coagulation du sang. On le trouve principalement dans
les produits laitiers mais également dans les amandes, les noisettes et le persil.
a. Le calcium appartient à la quatrième période et au groupe II du tableau périodique.
Déterminer son numéro atomique.
b. Expliquer la formation de l’ion calcium et donner son symbole.
c. Un adolescent a besoin de 1,2 g de calcium par jour. Calculer la quantité de matière contenue
dans cette masse. On donne : M(Ca) = 40 g/mol.
2. L’iode est essentiel pour le bon fonctionnement de la glande thyroïde. Le sel iodé et le poisson
sont les principales sources d’iode.
a. L’ion iodure a pour symbole I-. Indiquer le groupe chimique de l’iode.
b. Donner la représentation de Lewis de l’atome d’iode.
3. Proposer la formule ionique et la formule statistique du composé formé entre les ions calcium et
iodure. Donner le nom de ce composé.
Deuxième exercice : Représentation de Lewis de quelques molécules (5 points)
On donne les représentations de Lewis des atomes suivants : H ; C ; O .
1. Donner la représentation de Lewis de chacune des deux molécules : C2H2 et CH2O.
2. La représentation de Lewis de la molécule HNO2 est la suivante : H – O – N = O
a. Préciser la valence de l’atome d’azote (N).
b. Indiquer le nombre d’électrons de valence de l’atome d’azote. Déduire la représentation de
Lewis de cet atome.
3. Pour la molécule HOCN, deux représentations de Lewis sont possibles. L’une d’elles est :
H – O – C ≡ N .
a. Préciser le type de liaison établie entre les atomes C et N.
b. Proposer l’autre représentation de Lewis de la molécule.
1/2

Troisième exercice : Fonctionnement de la pile Fer – Nickel (8 points)
La réaction de fonctionnement de la pile Fe – Ni se traduit par l’équation-bilan suivante :
Fe + Ni2+ → Fe2+ + Ni
1. Montrer, en utilisant les nombres d’oxydation des deux éléments : fer et nickel, dans les réactifs
et dans les produits, que la réaction de fonctionnement de cette pile est une réaction rédox.
2. Écrire les demi-équations des réactions d’oxydation et de réduction. Préciser la nature de
l’électrode (anode ou cathode) au niveau de laquelle se déroule chaque réaction.
3. Pour construire la pile Fe – Ni, on dispose du matériel suivant :
- deux béchers ;
- un tube en U ;
- un ampèremètre ;
- des fils de connexion ;
- une lame de nickel ;
- une lame de fer ;
- une solution concentrée en ions Fe2+ ;
- une solution concentrée en ions Ni2+ ;
- une solution de chlorure de potassium.
• Faire un schéma annoté de la pile Fe – Ni. Indiquer sur le schéma le sens conventionnel du
courant et le sens de déplacement des électrons.
4. Les solutions dans les deux demi-piles sont colorées en vert par les ions Fe2+ et Ni2+. La couleur
de l’une d’elles devient plus claire et celle de l’autre devient plus foncée. Préciser la variation de
couleur subie par chacune des solutions et justifier cette variation.
BON TRAVAIL !
2/2

Classe de 3e Examen de février 2009
Chimie
Corrigé Barème
Premier exercice : Le calcium et l’iode, deux éléments essentiels pour le corps
1. Le calcium
a. Numéro atomique du calcium
La période d’un élément correspond au nombre de niveaux d’énergie de l’atome de cet
élément et son groupe correspond au nombre d’électrons périphériques de l’atome. Ceci
nous permet de déduire que l’atome de calcium a 4 niveaux d’énergie puisque le
calcium est dans la 4e période, et 2 électrons périphériques puisque le calcium est dans le
groupe II. La configuration électronique de cet atome est donc : K2 L8 M8 N2.
L’atome de calcium a 20 électrons, donc il a 20 protons puisqu’il est électriquement
neutre. Le nombre de protons correspondant au numéro atomique de l’élément, on en
déduit que le numéro atomique du calcium est : Z = 20 .
b. Formation de l’ion calcium et symbole
L’atome de calcium a deux électrons de valence. Cet atome tend à accomplir son octet
périphérique pour devenir saturé en perdant ces deux électrons. L’atome devient alors un
ion ayant 2 charges positives, de symbole Ca2+ .
c. Quantité de matière contenue dans 1,2 g de calcium
La quantité de matière (n) est le quotient de la masse donnée (m) par la masse molaire
atomique (M) : 03,0
40
2,1
M
m
n=== mol.
La quantité de matière contenue dans 1,2 g de calcium est donc : n = 0,03 mol .
2. L’iode
a. Groupe chimique de l’iode
L’ion iodure, de symbole I-, possède une charge négative. Ceci signifie que l’atome
d’iode a gagné un électron pour saturer son niveau de valence à 8 électrons. Cet atome
avait donc 7 électrons périphériques avant de devenir un ion. On déduit que l’iode est
dans le groupe VII .
b. Représentation de Lewis de l’atome d’iode
L’atome d’iode a 7 électrons périphériques. Sa représentation de Lewis est donc : I .
3. Formules et nom du composé ionique
Le composé ionique formé entre les ions Ca2+ et I- a pour formule ionique (Ca2+, 2 I-) et
pour formule statistique CaI2. Le nom de ce composé est « iodure de calcium ».
1 pt ½
½ pt
½ pt
1 pt ¼
1 pt
¾ pt
1 pt ½
Deuxième exercice : Représentation de Lewis de quelques molécules
1. Représentations de Lewis des molécules C2H2 et CH2O
D’après leurs valences (nombre d’électrons célibataires), les atomes H, C et O font
respectivement 1, 4 et 2 liaisons covalentes chacun. On en déduit :
- la représentation de Lewis de la molécule C2H2 : H – C ≡ C – H ;
- la représentation de Lewis de la molécule CH2O : H – C = O .
H
¾ pt
¾ pt
1/2

Corrigé Barème
2. a. Valence de l’atome d’azote
Dans la molécule HNO2, l’atome d’azote fait trois liaisons covalentes : une liaison
double avec un atome d’oxygène et une liaison simple avec un autre atome d’oxygène.
L’atome d’azote a donc 3 électrons célibataires : sa valence est 3.
b. Nombre d’électrons de valence et représentation de Lewis de l’atome d’azote
L’atome d’azote a, sur son niveau périphérique, 3 électrons célibataires et un doublet
électronique. Cet atome a donc 5 électrons de valence.
La représentation de Lewis de l’atome d’azote est : N .
3. a. Type de liaison entre les atomes C et N
La représentation de Lewis de la molécule HOCN montre 3 doublets liants entre les
deux atomes C et N. La liaison établie est donc une liaison covalente triple.
b. L’autre représentation de Lewis de la molécule HOCN
H – N = C = O
1 pt
½ pt
½ pt
½ pt
1 pt
Troisième exercice : Fonctionnement de la pile Fer – Nickel
1. Justification de l’appellation « réaction rédox » à partir des n.o.
Une réaction rédox est une réaction dans laquelle il y a simultanément oxydation d’une
espèce chimique et réduction d’une autre.
Dans les réactifs (Fe et Ni2+) : n.o.(Fe) = 0 et n.o.(Ni) = +II.
Dans les produits (Fe2+ et Ni) : n.o.(Fe) = +II et n.o.(Ni) = 0.
On constate alors que dans cette réaction :
- le n.o. du fer a augmenté de 0 à +II : l’atome Fe a donc subi une oxydation ;
- le n.o. du nickel a diminué de +II à 0 : l’ion Ni2+ a donc subi une réduction.
Ainsi, il y a eu simultanément oxydation de Fe et réduction de Ni2+ dans cette réaction.
La réaction de fonctionnement de la pile Fe – Ni est donc une réaction rédox.
2. Demi-équations électroniques aux électrodes
L’oxydation se déroule à l’anode de la pile. La demi-équation correspondante est :
Fe → Fe2+ + 2 e-
La réduction se déroule à la cathode de la pile. La demi-équation correspondante est :
Ni2+ + 2 e- → Ni
3. Schéma annoté de la pile Fe – Ni
Fil de connexion Ampèremètre
Pont électrolytique A
e- I
Lame de fer Lame de nickel
(anode) (cathode)
Solution concentrée Solution concentrée
en ions Fe2+ en ions Ni2+
4. Variations des couleurs dans les solutions
À l’anode, les atomes de fer oxydés se transforment en ions Fe2+ qui tombent dans la
solution. La solution de Fe2+ s’enrichit donc en cations et devient plus foncée.
À la cathode, les ions Ni2+ réduits se transforment en atomes Ni qui se déposent sur la
lame de nickel. La solution de Ni2+ s’appauvrit donc en cations et devient plus claire.
2 pts ½
1 pt
1 pt
2 pts ½
½ pt
½ pt
2/2