«EXERCICES CORRIGES DE STRUCTURE DE LA MATIERE ET …

1 exercices CORRIGES DE STRUCTURE DE LA MATIERE ET DE LIAISONS CHIMIQUES R alis par les professeurs : CHERKAOUI EL MOURSLI Fouzia RHALIB KNIAZEVA Albina NABIH Khadija exercices corrig s de STRUCTURE de la mati re et de liaisons chimiques 5 TABLE DES MATIERES Pr face .. Avant-propos .. Chapitre I : STRUCTURE de l atome - Connaissances g n rales .. exercices corrig s : STRUCTURE de l atome - Connaissances g n rales Chapitre II : Mod le quantique de l atome : Atome de Bohr .. Atomes hydrog no des selon le mod le de Bohr : Applications l ion Li2+ .. Spectre d mission de l atome d hydrog ne .. exercices corrig s : Mod le quantique de l atome : Atome de Bohr Chapitre III : Mod le ondulatoire de l atome .. III. 1. Postulat de Louis de Broglie .. III. 2. Principe d incertitude d Heisenberg .. III. 3. Fonction d onde .. III. 4. Nombres quantiques et structures lectroniques .. exercices corrig s : Mod le ondulatoire de l atome.

2 Chapitre IV : Classification p riodique, STRUCTURE lectronique et propri t s des l ments .. exercices corrig s : Classification p riodique, STRUCTURE lectronique et propri t s des l ments .. Chapitre V : Liaison chimique .. V. 1. Repr sentation de Lewis .. V. 2. Liaison chimique : covalente, polaire et ionique .. V. 3. Hybridation .. V. 4. Conjugaison .. V. 5. Th orie de Gillespie : Mod le VSEPR .. exercices corrig s : Liaison chimique .. Tableau p riodique .. 7 9 11 17 23 25 25 28 39 41 41 41 42 44 55 62 79 81 81 85 89 90 92 149 exercices corrig s de STRUCTURE de la mati re et de liaisons chimiques 7 PREFACE Depuis sa cr ation, l'Organisation islamique pour l'Education, les Sciences et la Culture a accord une attention particuli re, dans le cadre de ses programmes de sciences, la promotion d'une soci t fond e sur le savoir scientifique, et ce, afin d'asseoir les bases solides du d veloppement scientifique et technologique.

3 En effet, le renforcement des capacit s dans le domaine de la recherche scientifique et technologique a toujours t une priorit pour l'ISESCO dans ses diff rents programmes scientifiques, au titre de ses plans d'action court, moyen et long terme. Ainsi par une d marche holistique, l ISESCO uvre au renforcement des capacit s de recherche des universit s, des instituts de recherche et des centres d'excellence dans les Etats Membres. Elle appuie la publication et la diffusion d outils r f rentiels et didactiques dans plusieurs disciplines, afin d accompagner la communaut scientifique internationale dans la diss mination des r sultats des recherches et des informations les plus r centes. L dition des exercices corrig s de STRUCTURE de la mati re et de liaisons chimiques est symbolique de cet engagement, et a l ambition de permettre aux tudiants de premi re ann e des facult s des sciences d acqu rir une m thodologie ad quate, pour la solution de probl mes dans une discipline en expansion, en l occurrence la chimie de l atome.

4 L ISESCO exprime sa gratitude aux auteurs de cet ouvrage, fruit de plusieurs ann es de recherches appliqu es la facult des Sciences de l Universit Mohammed V de Rabat, Royaume du Maroc. Elle est particuli rement fi re de cette contribution, qui t moigne de la place de la femme musulmane dans la communaut scientifique internationale et de son r le dans l ducation scientifique et p dagogique moderne. L ISESCO esp re que cet ouvrage sera d une grande utilit pour les tudiants, enseignants et chercheurs des pays membres. Dr Abdulaziz Othman Altwaijri Le Directeur G n ral exercices corrig s de STRUCTURE de la mati re et de liaisons chimiques 9 AVANT-PROPOS Cet ouvrage s adresse principalement aux tudiants de la premi re ann e des fili res Sciences-Math matiques-Physique (SMP), Sciences-Math matiques-Chimie (SMC) et Sciences de la Vie (SVI) des facult s de sciences.

5 Il tire son originalit de la grande vari t d exercices qu il propose et de la pr sentation de corrig s illustr s par des sch mas et des figures. Il vise ainsi aider l tudiant acqu rir une m thodologie rigoureuse de traitement des probl mes et de bien assimiler les notions acquises dans le cours. Il comporte cinq chapitres correspondants au cours : STRUCTURE de la mati re et liaisons chimiques dispens en premi re ann e des facult s des sciences. Pour chaque chapitre, nous rappelons les titres des d finitions et des notions qui doivent tre assimil es. Les corrections d taill es des exercices sont int gr es la fin de chaque chapitre. Dans le Chapitre I, nous proposons des exercices de connaissances g n rales sur la STRUCTURE de l atome ainsi que quelques exercices sur les isotopes et les d fauts de masse. Le Chapitre II est consacr au calcul des diff rents param tres de l atome d hydrog ne (rayon, nergie, longueur d onde du spectre) selon le mod le de Bohr, ainsi que ceux des ions hydrog no des.

6 Le calcul des longueurs d onde des diff rentes s ries de raies du spectre de l atome d hydrog ne est galement bien d taill . Le Chapitre III traite du mod le ondulatoire de l atome (relation de Louis De Broglie, principe d incertitude, quation de Schr dinger, fonctions d onde, orbitales atomiques, etc.). Il permettra notamment aux tudiants d apprendre d terminer toutes les structures lectroniques des l ments en appliquant les r gles de remplissage des lectrons dans les diff rentes couches et sous-couches de l atome. Dans le Chapitre IV, la r solution des exercices propos s vise acqu rir le moyen de d terminer la STRUCTURE lectronique d un atome ainsi que son num ro atomique suivant son classement dans le tableau p riodique. Elle permet galement de trouver le groupe ou la p riode auxquels appartient l atome et de le classer dans le tableau p riodique.

7 exercices corrig s de STRUCTURE de la mati re et de liaisons chimiques 10 Par ailleurs, nous avons estim n cessaire de rajouter des exercices de calcul des nergies des diff rentes couches de l atome pour savoir calculer les nergies d ionisation. Enfin, le Chapitre V est consacr aux exercices sur les diff rentes liaisons chimiques possibles entre les atomes. Les tudiants apprendront faire une pr vision des liaisons possibles et mieux cerner les probl mes en traitant des exemples sur des repr sentations simples de Lewis. Ensuite, afin de d terminer la nature de la liaison et de bien l imaginer dans l espace, nous pr sentons des configurations lectroniques spatiales de plusieurs types de mol cules diatomiques (AA ou AB). Enfin, des diagrammes nerg tiques, donn s dans les corrections, permettent de mieux comprendre la formation des diff rentes liaisons.

8 Concernant les mol cules polyatomiques, les notions d hybridation des atomes et de conjugaison des liaisons entre les atomes sont illustr es par des repr sentations spatiales permettant de mieux comprendre les diff rentes natures de liaison. La fin de ce chapitre propose des exercices sur les r gles de Gyllespie pour plusieurs mol cules complexes. Ils permettront d utiliser ce proc d de raisonnement simple et efficace pour pr voir leur g om trie. Nous esp rons que cet ouvrage, fruit des travaux d encadrement et de formation que nous avons men s depuis de nombreuses ann es la facult des sciences de Rabat, sera d une grande utilit pour les tudiants des premi res ann es des facult s et leur permettra d acqu rir des bases solides en chimie. Les auteurs exercices corrig s de STRUCTURE de la mati re et de liaisons chimiques 11 CHAPITRE I STRUCTURE DE L ATOME CONNAISSANCES GENERALES exercices corrig s de STRUCTURE de la mati re et de liaisons chimiques 13 D finitions et notions devant tre acquises : Atome - Electron -Proton Neutron- Nucl on Isotope- El ment chimique- Nombre d Avogadro (N) Constante de Planck (h)- Constante de Rydberg (RH)- C l rit de la lumi re (c) -Masse molaire (M)- Mole - Mol cule -Unit de masse atomique - D faut de masse.

9 Exercice I. 1. Pourquoi a-t-on d fini le num ro atomique d un l ment chimique par le nombre de protons et non par le nombre d lectrons? Exercice I. 2. Lequel des chantillons suivants contiennent le plus de fer ? moles de Fe2(SO4)3 20g de fer atome- gramme de fer atomes de fer Donn es : MFe= MS= Nombre d Avogadro N =6,023. 1023 Exercice I. 3. Combien y a-t-il d atomes de moles et de mol cules dans 2g de dihydrog ne (H2) la temp rature ambiante. Exercice I. 4. Un chantillon d oxyde de cuivre CuO a une masse m = 1,59 g. Combien y a-t-il de moles et de mol cules de CuO et d atomes de Cu et de O dans cet chantillon ? MCu= 63, ; MO = Exercice I. 5. Un chantillon de m thane CH4 a une masse m = 0,32 g. Combien y a-t-il de moles et de mol cules de CH4 et d atomes de C et de H dans cet chantillon ? MC= exercices corrig s de STRUCTURE de la mati re et de liaisons chimiques 14 Exercice I.

10 6. Les masses du proton, du neutron et de l' lectron sont respectivement de 1, , 1, et 9, 1. D finir l'unit de masse atomique ( ). Donner sa valeur en g avec les m mes chiffres significatifs que les masses des particules du m me ordre de grandeur. 2. Calculer en et 10-4 pr s, les masses du proton, du neutron et de l' lectron. 3. Calculer d'apr s la relation d'Einstein ( quivalence masse- nergie), le contenu nerg tique d'une exprim en MeV. (1eV=1, Joules) Exercice I. 7. qAZX 1. On peut porter des indications chiffr es dans les trois positions A, Z et q au symbole X d un l ment. Que signifie pr cis ment chacune d elle ? 2. Quel est le nombre de protons, de neutrons et d lectrons pr sents dans chacun des atomes ou ions suivants : 919F1224Mg2+3479Se2 3. Quatre nucl ides A, B, C et D ont des noyaux constitu s comme indiqu e ci-dessous : A B C D Nombre de protons 21 22 22 20 Nombre de neutrons 26 25 27 27 Nombre de masses 47 47 49 47 Y a t-il des isotopes parmi ces quatre nucl ides ?