Chimie générale : Examen de chimie 1 avec solution
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Dimanche 13 février 2011 Faculté de Technologie Département ST, 1ère Année
EXAMEN DE CHIMIE 1 Exercice N°1 (04 Pts) La masse atomique de Fe57 26 est de 56,9354 uma, et celle de U235 92 est de 235.6439 uma.
a/ Calculer l’énergie de cohésion par noyau, pour chaque nucléïde, en joules et en MeV. b/ Quel est le noyau le plus stable ? On donne en uma :
masse d’un proton : m
p = 1,0078 ;
masse d’un neutron : m
n = 1,0087. Exercice N°2 : (06 Pts) L’atome d’hydrogène se trouvant dans son état fondamental est excité par une décharge électrique. L’électron de cet atome subit alors une transition au niveau d’énergie n
j = 9. 1- Calculer l’énergie absorbée par cet atome en eV et la fréquence correspondante. 2- L’électron excité se stabilise en subissant une transition du niveau n
j à un niveau inférieur ni . Cette transition s’accompagne d’une émission d’énergie, égale à 1,34 eV, sous forme d’une raie lumineuse. a/ Déterminer la valeur de ni ; b) A quelle série cette raie appartiennent-elle ? c/ Représenter les différentes transitions sur un diagramme d’énergie. On donne : R
H = 1,097.10
+7 m
-1 ; h = 6,62 x 10
-34 J.s ; c = 3 x 10
+8 m/s ; 1 eV = 1,6 x 10
-19 J Exercice N°3 : (08 Pts) I/ On donne la fonction d’onde suivante pour l’atome d’hydrogène : 2r 0,0,2e)r2( 241 −− π=Ψ 1- Quelle orbitale atomique décrit-elle ?
2- Que représente le terme 4Πr 2Ψ 2
(r) ? II/ La famille du bore B (Z=5) comporte dans l’ordre les éléments suivants : B ; Al ; Ga ; In. 1. Donner la configuration électronique : a) de B, Al, Ga et In à l’état fondamental. b) d’un élément X, sachant qu’il appartient à la même période que celle de l’aluminium et au groupe chimique IA . c) d’un élément Y, sachant qu’il appartient à la même période que celle de l’aluminium et au groupe chimique VIIA . 2. A quelles familles appartiennent les éléments X et Y ? 3. Comment varie l’énergie d’ionisation des éléments de la famille du bore ? 4. Comparer les énergies d’ionisation des éléments Al, X et Y. Exercice N°4 : (02 Pts) La molécule KCl à l’état gazeux présente un moment dipolaire de 10 Debyes. La distance entre les noyaux est de 2,57. 10
-8 cm. 1/ Calculer son pourcentage de caractère ionique. 2/ Quelle est la nature de la liaison? Données : 1 D = 3,3.10
-30 C.m Bon courage ! SOLUTION DE L’EXAMEN DE CHIMIE 1
Exercice N°1 (4 pts) a/ Calcul de l’énergie de cohésion de Fe. Ecoh =∆m C2 (0,25)avec ∆m=(mp *26+mn *31)-m
th noyau(0,25) = (1.0078*26+1.0087*31)-56.935 = 0.5371 u.m.a (0,25) Ecoh =0.5371*1.66 10
-27 *9*10
16 = 8.024 10
-11 J/noyau (0,5) En MeV ; 1MeV
1.6 10
-13 JE coh
8.024 10
-11 JE coh = 5.015 10
2 MeV/noyau (0,25) Calcul de l’énergie de cohésion de U Ecoh =∆m C2 avec ∆m=(mp *92+mn *143)-m
th noyau (0,25)
= (1.0078*92+1.0087*143)-235.6439 = 1.3178 u.m.a
(0,25) Ecoh =1.3178*1.66 10
-27 *9*10
16 = 19.6879 10
-11 J/noyau.
(0,25) En MeV ; 1MeV
1.6 10
-13 JE coh
19.6879 10
-11 JE coh = 12.3049 10
2 MeV/noyau (0,25)
b/ Le noyau le plus stable est celui qui possède l’énergie de cohésion par nucléon la plus élevée. E
coh/nucléon ( Fe) =5.015 102 /57= 8.798 Mev/nucléon (0,5) E
coh/nucléon (U) =12.3049 102 /235= 5.2361 Mev/nucléon (0,5) E
coh/nucléon (Fe) est supérieure à E
coh/nucléon (U) donc le noyau Fe est plus stable que le noyau U. (0,5) Exercice N°2 (6 pts) 1- Energie absorbée par l’atome d’hydrogène L’électron subit une transition du niveau fondamental au niveau d’énergie nj =9 E = E
nj – E
ni = R
H h c
(0,5) E =
(0,5) La fréquence est liée à l’énergie par la relation suivante : E = hν (0,5)
(0,5) 2- L’électron subit une transition du niveau nj =9 à un niveau inférieur ni . L’énergie correspondante est à 1,43 eV. a) ∆Ε=λ hc = 922,43 nm (0,5) )n 1n 1(R 12 j2 iH −=λ (0,5)
ce qui implique que n
i = 3 (0,5) b) cette raie appartient à la série de Paschen. (0,5) c) Diagramme des différentes transitions (2 pt) Exercice N°3 (8 pts) I/ 1/La fonction décrit l’orbitale atomique 2S. (1 pt)
2/ représente la densité de probabilité de présence de l’électron.
(1 pt) II) - La famille du bore comporte dans l’ordre les éléments suivants : B ; Al ; Ga ; In. 1. a) La structure électronique du bore (B : Z=5) est : 1s
2 2s
2 2p1 . La famille du bore possède une couche de valence de structure de type ns
2 np1 (0,25) Pour le bore, le numéro de la période est n = 2. Pour l’aluminium, ce numéro est égal à 3. Pour le gallium, il est égal à 4. Pour l’indium, il est égal à 5. Les structures électroniques sont donc : Al : 1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
1 ou [Ne] 3s
2 3p1 (0,25) Ga : 1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 4s2 3d10 4p
1 ou [Ar] 3d
10 4s2 4p1 (0,25) In : 1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
6 4s
2 3d
10 4p
6 5s
2 4d
10 5p
1 ou [Kr]4d
10 5s2 5p
1 (0,25) b) L’atome X appartient à la même période que celle de l’aluminium (n = 3) et au groupe chimique IA . (1seul électron de valence). La structure de sa couche de valence est donc : 3s1 . La structure électronique de l’atome X est : 1s
2 2s
2 2p
6 3s1 (1 pt) C’est l’atome de sodium Na. c) L’atome Y appartient à la même période que celle de l’aluminium (n = 3) et au groupe chimique VIIA . (7 électrons de valence). La structure de sa couche de valence est donc : 3s
2 3p5 . La structure électronique de l’atome Y est : 1s
2 2s
2 2p
6 3s
2 3p
5 (1 pt) C’est l’atome du chlore (Cl). 2. L’atome X appartient à la famille des alcalins et l’atome Y appartient à la famille des halogènes. (1 pt) 3. L’énergie d’ionisation des éléments de la famille du bore diminue du bore à l’indium car le rayon augmente du bore à l’indium. (1 pt) 4. Les atomes X, Al et Y appartiennent à la même période (n=3). Le nombre de couche étant constant, la force d’attraction entre le noyau et les électrons augmente puisque le numéro atomique augmente de X vers Y.
Par conséquences, le rayon atomique diminue de X vers Y et l’énergie d’ionisation augmente de X vers Y. I
X < I
Al < IY (1 pt) Energie (eV) n =1
n =3
n =9
n =2-13.6 -3.4-1.51 -0.17
Exercice N°4
(2 pts) 1/ Le pourcentage ionique : Ci = μexp /μthe .100 = δ/e . 100(0,5) C
i = 77,25 % (0,5) 2/ La valeur de δ est différente de celle de e, donc la liaison de KCl, à l’état gazeux, est à 22,75% covalente et/ou 77,25 % ionique. (1 pt)