Lycée · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
Constitution de la matière : des atomes aux molécules
Structure atomique, modèle de Bohr, ions, molécules et formules chimiques — programme officiel de Physique-Chimie de Seconde (lycée général)
À propos de cette page
Calculatrice interdite · Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.
Devoir surveillé de fin de chapitre, tout en niveau difficile. Travaille seul et sans aide, puis vérifie tes réponses avec le corrigé détaillé dépliable en bas de page.
Exercice 1 — Structure de l'atome de calcium
/ 4 pts- Le calcium a pour symbole Ca et son isotope le plus abondant est $^{40}_{20}\text{Ca}$. Donner le nombre de protons, de neutrons et d'électrons de cet atome. (1,5 pt)
- Écrire la configuration électronique de l'atome de calcium. Combien d'électrons de valence possède-t-il ? (1,5 pt)
- Dans quel groupe (colonne) du tableau périodique se trouve le calcium ? Justifier en citant un autre élément du même groupe. (1 pt)
Exercice 2 — Étude des ions sodium et chlorure
/ 5 pts- L'atome de sodium Na a $Z=11$. Écrire sa configuration électronique. (0,5 pt)
- Sachant que Na forme l'ion $\text{Na}^+$, expliquer quel électron a été perdu et pourquoi cette perte est favorable (règle de l'octet). (1,5 pt)
- L'atome de chlore Cl a $Z=17$. Écrire la configuration électronique de l'ion $\text{Cl}^-$. (1 pt)
- Calculer la charge en coulombs de l'ion $\text{Cl}^-$ ($e = 1{,}6 \times 10^{-19}$ C). (1 pt)
- Le chlorure de sodium NaCl est un solide ionique. Qu'est-ce que cela signifie concernant l'état des atomes Na et Cl dans ce solide ? (1 pt)
Exercice 3 — Molécule de dioxyde de carbone
/ 4 pts- La formule brute du dioxyde de carbone est $\text{CO}_2$. Donner le nombre d'atomes de chaque élément dans cette molécule. (0,5 pt)
- Le carbone a $Z=6$ et l'oxygène $Z=8$. Écrire les configurations électroniques de C et O. Combien d'électrons de valence possède chaque atome ? (1,5 pt)
- Dans la molécule $\text{CO}_2$, le carbone forme 2 liaisons doubles avec les oxygènes. Vérifier que la règle de l'octet est respectée pour C et pour O. (2 pt)
Exercice 4 — Ordres de grandeur et calculs
/ 4 pts- Exprimer le rayon d'un atome ($10^{-10}$ m) en nanomètres (nm), puis en picomètres (pm). (1 pt)
- Le rayon d'un noyau est de $5 \times 10^{-15}$ m et le rayon de l'atome est de $1 \times 10^{-10}$ m. Calculer le rapport $\frac{r_{\text{atome}}}{r_{\text{noyau}}}$. Que peut-on conclure ? (1,5 pt)
- L'électron a une masse $m_e = 9{,}1 \times 10^{-31}$ kg et le proton une masse $m_p = 1{,}67 \times 10^{-27}$ kg. Calculer le rapport $\frac{m_p}{m_e}$ (valeur approchée). (1,5 pt)
Exercice 5 — Identification et tableau périodique
/ 3 pts- Un atome X a pour notation $^{32}_{16}\text{X}$. Identifier l'élément X, donner sa configuration électronique et son nombre d'électrons de valence. (1,5 pt)
- L'élément X se trouve dans le même groupe que l'oxygène ($Z=8$). Justifier cette affirmation à partir des configurations électroniques. (1 pt)
- Quel ion X forme-t-il pour respecter la règle de l'octet ? Donner sa charge et sa configuration. (0,5 pt)
Corrigé détaillé — à n'ouvrir qu'après avoir rendu la copie
Exercice 1 — Structure de l'atome de calcium
Corrigé :
1. Pour $^{40}_{20}\text{Ca}$ : $Z=20$ protons ; $N = A-Z = 40-20 = 20$ neutrons ; atome neutre → 20 électrons.
2. Configuration : 2, 8, 8, 2 (couches K, L, M, N). Électrons de valence = 2 (couche externe N).
3. Le calcium possède 2 électrons de valence → il appartient au groupe 2 (ancienne nomenclature IIA). Il est dans le même groupe que le magnésium Mg ($Z=12$, configuration 2,8,2) qui possède aussi 2 électrons de valence.
Exercice 2 — Étude des ions sodium et chlorure
Corrigé :
1. Na ($Z=11$) : configuration 2, 8, 1.
2. Na perd l'électron de sa couche externe M (1 électron de valence). Après cette perte, il a la configuration 2,8 → 8 électrons en couche externe → règle de l'octet satisfaite → configuration stable du gaz noble néon Ne.
3. Cl ($Z=17$) gagne 1 électron → 18 électrons au total. Configuration de Cl⁻ : 2, 8, 8 (comme l'argon).
4. Charge de Cl⁻ : $q = -1 \times e = -1{,}6 \times 10^{-19}$ C.
5. Dans NaCl solide, Na et Cl sont sous forme d'ions (Na⁺ et Cl⁻), non sous forme d'atomes neutres. Ces ions sont maintenus ensemble par des interactions électrostatiques (liaisons ioniques).
Exercice 3 — Molécule de dioxyde de carbone
Corrigé :
1. $\text{CO}_2$ : 1 atome de C et 2 atomes d'O.
2. C ($Z=6$) : configuration 2, 4 → 4 électrons de valence. O ($Z=8$) : configuration 2, 6 → 6 électrons de valence.
3. Structure : O=C=O. Chaque liaison double compte comme 2 paires liantes.
Pour C : 2 liaisons doubles = 4 paires liantes = 8 électrons autour de C → octet respecté (4 doublets liants, 0 libre).
Pour chaque O : 1 liaison double (2 paires liantes) + 2 paires libres = 4+4 = 8 électrons → octet respecté.
Exercice 4 — Ordres de grandeur et calculs
Corrigé :
1. $10^{-10}$ m $= 10^{-10+9}$ nm $= 10^{-1}$ nm $= 0{,}1$ nm. Aussi : $10^{-10}$ m $= 10^{-10+12}$ pm $= 100$ pm.
2. $\frac{r_{\text{atome}}}{r_{\text{noyau}}} = \frac{1 \times 10^{-10}}{5 \times 10^{-15}} = \frac{1}{5} \times 10^{5} = 20\,000$. L'atome est environ 20 000 fois plus grand que son noyau. L'atome est donc essentiellement constitué de vide.
3. $\frac{m_p}{m_e} = \frac{1{,}67 \times 10^{-27}}{9{,}1 \times 10^{-31}} \approx \frac{1{,}67}{9{,}1} \times 10^{4} \approx 0{,}184 \times 10^{4} \approx 1836$. Le proton est environ 1836 fois plus lourd que l'électron. Cela confirme que la masse de l'atome est concentrée dans le noyau.
Exercice 5 — Identification et tableau périodique
Corrigé :
1. $^{32}_{16}\text{X}$ : $Z=16$ → soufre S ; $N = 32-16 = 16$ neutrons. Configuration : 2, 8, 6 → 6 électrons de valence.
2. O ($Z=8$) : configuration 2, 6 → 6 électrons de valence. S : configuration 2, 8, 6 → 6 électrons de valence. Même nombre d'électrons de valence → même colonne (groupe VI ou 16) du tableau périodique.
3. S possède 6 électrons de valence. Il doit en gagner 2 pour atteindre 8 (octet). Il forme l'ion $\text{S}^{2-}$ de charge $-2$. Configuration : 2, 8, 8 (comme l'argon).
Ce contrôle de physique-chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Constitution de la matière : des atomes aux molécules » : 5 exercices, 60 minutes, noté sur 20. Le corrigé détaillé est dépliable sous le sujet.
- Exercice 1 — Structure de l'atome de calcium/ 4 pts
- Exercice 2 — Étude des ions sodium et chlorure/ 5 pts
- Exercice 3 — Molécule de dioxyde de carbone/ 4 pts
- Exercice 4 — Ordres de grandeur et calculs/ 4 pts
- Exercice 5 — Identification et tableau périodique/ 3 pts
Notions évaluées
L'atome et ses constituants, Le noyau atomique : protons, neutrons et nucléons, Les électrons et la structure électronique, Le modèle de Bohr et les couches électroniques, Les ions : atomes qui ont perdu ou gagné des électrons, Les molécules et les liaisons covalentes.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours.
- Refaire les exercices corrigés et les problèmes.
- Se tester avec le QCM (36 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 « Constitution de la matière : des atomes aux molécules » ?
- 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 détaillé se déplie sous le sujet, à n'ouvrir qu'après avoir rendu la copie.
- 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 physique-chimie (2nde) de seconde ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Constitution de la matière : des atomes aux molécules » du programme officiel de physique-chimie (2nde) en seconde, soit L'atome et ses constituants, Le noyau atomique : protons, neutrons et nucléons, Les électrons et la structure électronique, Le modèle de Bohr et les couches électroniques.
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