Ressources · 1ʳᵉ · Spécialité Physique-Chimie
De la structure à la polarité d'une entité
Établir le schéma de Lewis d’une molécule ou d’un ion, repérer une lacune électronique, prévoir la géométrie d’une entité, utiliser l’électronégativité pour trouver les liaisons polarisées et décider si une molécule est polaire ou apolaire.
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Sujet et corrigé prêts à imprimer.
Devoir surveillé – De la structure à la polarité d'une entité
Durée : 60 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Spécialité Physique-Chimie 1ʳᵉ
Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.
Exercice 1 – Sulfure de carbonyle et chloramine ★★
(4 pts)Le sulfure de carbonyle OCS (carbone central, lié à O et à S) est un gaz présent en petite quantité dans l’atmosphère ; la chloramine NH₂Cl (azote central, lié aux deux H et à Cl) sert à désinfecter l’eau. Données : colonnes du tableau périodique : H (1), C (14), N (15), O et S (16), Cl (17).
- a)Donner le nombre d’électrons de valence de chacun des atomes H, C, N, O, S et Cl, puis le nombre de liaisons covalentes que chacun forme dans une molécule neutre.
- b)Établir le schéma de Lewis de OCS en justifiant le nombre de doublets.
- c)Établir le schéma de Lewis de la chloramine NH₂Cl en justifiant le nombre de doublets.
- d)Un élève propose pour OCS le schéma O–C–S, avec trois doublets non liants sur O et trois sur S. Montrer que son nombre total de doublets est juste, mais que son schéma est faux.
Exercice 2 – Deux ions et une lacune ★★
(4 pts)On étudie l’ion amidure NH₂⁻ (azote lié aux deux H) et le cation méthyle CH₃⁺ (carbone lié aux trois H), entité très réactive. Données : colonnes du tableau : H (1), C (14), N (15), O (16).
- a)Établir le schéma de Lewis de l’ion NH₂⁻ en justifiant le nombre de doublets.
- b)Indiquer, en le justifiant par un calcul, l’atome qui porte la charge de l’ion NH₂⁻.
- c)Établir le schéma de Lewis de CH₃⁺ et montrer que l’atome de carbone porte une lacune électronique.
- d)Expliquer pourquoi CH₃⁺ se lie facilement à l’ion hydroxyde HO⁻, et donner le nombre d’électrons autour du carbone après cette liaison.
Exercice 3 – Géométrie de quatre entités ★★
(4 pts)On utilise les schémas de Lewis des exercices 1 et 2 : OCS, NH₂Cl, NH₂⁻ et CH₃⁺. Pour chaque entité, compter les directions autour de l’atome central, puis donner sa géométrie et l’ordre de grandeur de ses angles.
- a)Le sulfure de carbonyle OCS.
- b)La chloramine NH₂Cl.
- c)L’ion amidure NH₂⁻.
- d)Le cation méthyle CH₃⁺.
Exercice 4 – Électronégativité et liaisons ★★★
(4 pts)Données (échelle de Pauling) : χ(H) = 2,20 ; χ(C) = 2,55 ; χ(N) = 3,04 ; χ(O) = 3,44 ; χ(S) = 2,58 ; χ(Cl) = 3,16. Une liaison est considérée comme polarisée si Δχ ≥ 0,4.
- a)Définir l’électronégativité d’un élément et décrire son évolution dans une période et dans une colonne du tableau périodique.
- b)Calculer Δχ pour les liaisons C=O, C=S, N–H et N–Cl.
- c)Indiquer lesquelles de ces liaisons sont polarisées et y placer les charges partielles.
- d)Classer les quatre liaisons de la moins polarisée à la plus polarisée.
Exercice 5 – Polarité : une copie à corriger ★★★
(4 pts)Un élève écrit : « OCS est linéaire comme CO₂, donc apolaire. La chloramine NH₂Cl contient une liaison N–Cl non polarisée, donc elle est apolaire. » On utilise les géométries de l’exercice 3 et les résultats de l’exercice 4.
- a)Rappeler à quelle condition une molécule est apolaire.
- b)Montrer que OCS est une molécule polaire.
- c)Montrer que NH₂Cl est une molécule polaire.
- d)Corriger, en une phrase chacun, les deux raisonnements de l’élève.
Bon courage !
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Voir le corrigé et le barème
Corrigé et barème – De la structure à la polarité d'une entité
Durée : 60 min – Calculatrice interdite – Sur 20 points · Spécialité Physique-Chimie 1ʳᵉ
Exercice 1 – Sulfure de carbonyle et chloramine ★★
(4 pts)- a)H : 1 électron de valence, 1 liaison ; C : 4, 4 liaisons ; N : 5, 3 liaisons (8 − 5) ; O et S : 6, 2 liaisons ; Cl : 7, 1 liaison. (1)
- b)4 + 6 + 6 = 16 électrons de valence, soit 8 doublets. C doit former 4 liaisons, O et S 2 chacun : O=C=S, soit 4 doublets liants. Les 8 − 4 = 4 doublets restants sont non liants : 2 sur O, 2 sur S. Vérification : 8 électrons autour de chaque atome. (1)
- c)5 + 2 × 1 + 7 = 14 électrons, soit 7 doublets. N forme 3 liaisons : 2 N–H et 1 N–Cl (3 doublets liants). N garde 1 doublet non liant, Cl en porte 3 : 3 + 1 + 3 = 7. N et Cl ont leur octet, chaque H son duet. (1)
- d)Son schéma compte 2 doublets liants + 3 + 3 doublets non liants = 8 doublets : le total est juste. Mais le carbone n’est entouré que de 2 × 2 = 4 électrons : il n’a pas son octet (il ne forme que 2 liaisons au lieu de 4). Le bon schéma est O=C=S. (1)
Erreur fréquente — S’arrêter au nombre total de doublets : il faut aussi vérifier l’octet de CHAQUE atome, en particulier celui du carbone, qui forme 4 liaisons.
Exercice 2 – Deux ions et une lacune ★★
(4 pts)- a)5 + 2 × 1 + 1 = 8 électrons (on ajoute 1 électron pour la charge −), soit 4 doublets : 2 liaisons N–H et 2 doublets non liants sur N. Schéma entre crochets, charge − en exposant. (1)
- b)Charge de N : 5 − 2 − 2 × 2 = −1 ; chaque H : 1 − 1 = 0. La charge négative est portée par l’azote. (1)
- c)4 + 3 × 1 − 1 = 6 électrons (on retire 1 électron pour la charge +), soit 3 doublets : les 3 liaisons C–H. Le carbone n’est entouré que de 6 électrons : il lui en manque 2 pour l’octet, il porte une lacune électronique (et la charge : 4 − 3 − 0 = +1). (1)
- d)La lacune du carbone peut accueillir un doublet non liant de l’oxygène de HO⁻ : une liaison C–O se forme (on obtient CH₃–OH, le méthanol). Le carbone est alors entouré de 4 × 2 = 8 électrons : il a son octet. (1)
Erreur fréquente — Ajouter un électron pour un cation : pour CH₃⁺, on RETIRE un électron (4 + 3 − 1 = 6), ce qui fait apparaître la lacune.
Exercice 3 – Géométrie de quatre entités ★★
(4 pts)- a)C est lié à 2 atomes (deux liaisons doubles, une direction chacune), sans doublet non liant : 2 directions, molécule linéaire, angle O–C–S de 180°. (1)
- b)N est lié à 3 atomes et porte 1 doublet non liant : 4 directions dont un doublet non liant, molécule pyramidale à base triangulaire, angles un peu inférieurs à 109,5°. (1)
- c)N est lié à 2 atomes et porte 2 doublets non liants : 4 directions dont deux doublets non liants, ion coudé, angle H–N–H nettement inférieur à 109,5°. (1)
- d)C est lié à 3 atomes, sans doublet non liant ; la lacune ne compte pas comme une direction : 3 directions, ion triangulaire plan, angles de 120°. (1)
Erreur fréquente — Compter la lacune de CH₃⁺ comme une direction et annoncer une forme pyramidale : une lacune est une place vide, elle ne repousse rien.
Exercice 4 – Électronégativité et liaisons ★★★
(4 pts)- a)L’électronégativité traduit l’aptitude d’un atome à attirer vers lui le doublet d’une liaison covalente. Elle augmente de gauche à droite sur une période et de bas en haut dans une colonne. (1)
- b)C=O : 3,44 − 2,55 = 0,89 ; C=S : 2,58 − 2,55 = 0,03 ; N–H : 3,04 − 2,20 = 0,84 ; N–Cl : 3,16 − 3,04 = 0,12. (1)
- c)C=O (0,89) et N–H (0,84) sont polarisées : Cδ+=Oδ− et Nδ−–Hδ+. C=S (0,03) et N–Cl (0,12) sont sous 0,4 : non polarisées. (1)
- d)C=S (0,03) < N–Cl (0,12) < N–H (0,84) < C=O (0,89). (1)
Erreur fréquente — Croire que le chlore, très électronégatif, polarise toujours ses liaisons : face à l’azote, Δχ ne vaut que 0,12.
Exercice 5 – Polarité : une copie à corriger ★★★
(4 pts)- a)Une molécule est apolaire si les barycentres G+ des charges partielles positives et G− des charges partielles négatives sont confondus (ou si elle n’a aucune liaison polarisée). (1)
- b)Seule la liaison C=O est polarisée (C=S ne l’est pas) : δ− sur O, δ+ sur C. G− est sur l’oxygène, G+ sur le carbone : ils sont distincts, OCS est polaire. (1)
- c)Les deux liaisons N–H sont polarisées : δ− sur N, δ+ sur chaque H ; N–Cl ne l’est pas. La molécule est pyramidale : G− est sur N, G+ au milieu des deux H. Les deux points sont distincts : NH₂Cl est polaire. (1)
- d)Une molécule linéaire n’est apolaire que si elle est symétrique : O et S sont différents, les effets ne se compensent pas. Une liaison non polarisée ne rend pas la molécule apolaire : il suffit que d’autres liaisons polarisées ne se compensent pas. (1)
Méthode — Pour la polarité, on regarde toutes les liaisons polarisées ET la géométrie : ni « linéaire » ni « une liaison non polarisée » ne suffisent pour conclure.
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Ce contrôle de spécialité physique-chimie 1ʳᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « De la structure à la polarité d'une entité » : 5 exercices, 60 minutes, noté sur 20. Le sujet et le corrigé sont téléchargeables en PDF, prêts à imprimer, pour travailler comme en classe.
- Exercice 1 — Sulfure de carbonyle et chloramine ★★/ 4 pts
- Exercice 2 — Deux ions et une lacune ★★/ 4 pts
- Exercice 3 — Géométrie de quatre entités ★★/ 4 pts
- Exercice 4 — Électronégativité et liaisons ★★★/ 4 pts
- Exercice 5 — Polarité : une copie à corriger ★★★/ 4 pts
Notions évaluées
électrons de valence, colonne du tableau périodique, liaison covalente, doublet liant, doublet non liant, liaison double, liaison triple, duet, octet, schéma de Lewis, nombre de doublets, enchaînement des atomes, atome central, ion monoatomique, ion polyatomique, charge portée par un atome, lacune électronique, ion oxonium, ion ammonium, ion hydroxyde, géométrie, répulsion des doublets, direction, linéaire, triangulaire plane, tétraédrique, pyramidale, coudée, angle de 109,5°, représentation de Cram, électronégativité, échelle de Pauling, évolution dans le tableau périodique, différence d’électronégativité Δχ, liaison polarisée, charges partielles δ+ et δ−, barycentre des charges, molécule polaire, molécule apolaire, symétrie, moment dipolaire
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours et la fiche de révision.
- Refaire les exercices corrigés.
- Se tester avec le QCM (24 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 60 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.
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Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « De la structure à la polarité d'une entité » ?
- 60 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé complet est fourni en PDF (bouton « Télécharger le corrigé »), avec le barème exercice par exercice.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 60 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
- Ce sujet suit-il le programme de spécialité physique-chimie de première ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « De la structure à la polarité d'une entité » du programme officiel de spécialité physique-chimie en première, soit : schéma de Lewis d’une molécule, d’un ion mono ou polyatomique (O₂, H₂, N₂, H₂O, CO₂, NH₃, CH₄, HCl, H⁺, H₃O⁺, Na⁺, NH₄⁺, Cl⁻, HO⁻, O²⁻) ; lacune électronique ; géométrie des entités déduite du schéma de Lewis ; électronégativité des atomes et évolution dans le tableau périodique ; polarisation d’une liaison covalente ; polarité d’une entité moléculaire
Moi c'est Ben, j'ai créé ce site pour aider le plus d'élèves possible, partout en France. Je peux aussi reprendre avec toi ce qui coince en cours particulier : en visio, ou à domicile si tu es à Marseille.
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