Ions et molécules

1. a)Cations : Na⁺, Mg²⁺, Ca²⁺, K⁺ ; anions : Cl⁻, SO₄²⁻. Polyatomique : SO₄²⁻ seulement. (1)
2. b)Mg : K(2)L(8)M(2) ; Mg²⁺ : K(2)L(8). En cédant ses 2 électrons externes, il obtient la couche externe pleine (8 électrons) du néon. (1)
3. c)$19,4+10,8+2,7+1,3+0,4+0,4=35$ g/L, soit 35 kg par m³. Chlorure de sodium NaCl (Na⁺ et Cl⁻). (1)
4. d)Les ions dissous, mobiles, transportent le courant ; l'eau pure n'en contient presque pas. L'eau reste neutre : en masse il y a plus de chlorure, mais en nombre de charges, les + (Na⁺, 2 × Mg²⁺, 2 × Ca²⁺, K⁺) compensent exactement les − (Cl⁻, 2 × SO₄²⁻). (1)

Le point clé — une solution ionique est toujours neutre : les masses ne se comparent pas, ce sont les charges qui s'équilibrent.

1. a)1 : sulfate de sodium (sulfate détecté au baryum, aucun cation précipitable) ; 2 : sulfate de fer II (vert avec la soude, sulfate au baryum) ; 3 : chlorure de zinc (blanc avec la soude, chlorure à l'argent) ; 4 : chlorure de fer III (rouille avec la soude, chlorure à l'argent). (1)
2. b)Na₂SO₄ (2 × 1+ = 2−) ; FeSO₄ (2+ = 2−) ; ZnCl₂ (2+ = 2 × 1−) ; FeCl₃ (3+ = 3 × 1−). (1)
3. c)Fe³⁺ + 3 OH⁻ → Fe(OH)₃ ; Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl. (1)
4. d)Le dioxygène de l'air oxyde les ions Fe²⁺ en Fe³⁺ (perte d'un électron) : Fe(OH)₂ vert devient Fe(OH)₃ rouille. Lunettes et gants (soude corrosive), pas de contact avec la peau (nitrate d'argent tache et brûle), petites quantités, récupération des déchets. (1)

Repère — un test négatif (« rien ») est aussi une preuve : il élimine un ion.

1. a)K : KCl, K₂SO₄, KOH, K₃PO₄. Mg : MgCl₂, MgSO₄, Mg(OH)₂, Mg₃(PO₄)₂. Al : AlCl₃, Al₂(SO₄)₃, Al(OH)₃, AlPO₄. (1)
2. b)Sulfate de magnésium ; hydroxyde d'aluminium ; phosphate de potassium. Parenthèses quand un ion polyatomique est présent plusieurs fois : Mg(OH)₂, mais MgSO₄ sans parenthèses. (1)
3. c)MnO₄⁻ (un seul K⁺ à compenser) ; CrO₄²⁻ (deux Na⁺). (1)
4. d)Neutre, oui (4+ et 4−), mais incorrecte : on écrit la proportion la plus simple, MgSO₄. La formule d'un composé ionique indique le rapport minimal entre ions. (1)

Erreur fréquente — la formule donne la plus petite proportion neutre ; Ca₂Cl₄ est neutre mais on écrit CaCl₂.

1. a)Le sel et le sulfate de cuivre se dissolvent en ions mobiles qui conduisent le courant ; le sucre se dissout en molécules neutres : aucun courant. (1)
2. b)NaCl → Na⁺ + Cl⁻ ; CuSO₄ → Cu²⁺ + SO₄²⁻. Le sucre n'apporte aucun ion : le nombre de porteurs de charge est inchangé. (1)
3. c)2 liaisons O–H et 2 doublets non liants. L'oxygène attire plus les électrons que l'hydrogène : côté O légèrement négatif, côté H légèrement positif. (1)
4. d)Les molécules d'eau orientent leur côté − vers Na⁺ et leur côté + vers Cl⁻, arrachent les ions du cristal et les entourent. Les molécules d'huile ne sont pas polaires : elles n'exercent aucune attraction sur les ions. (1)

Attention — « se dissoudre » et « conduire » sont deux choses différentes : seule une dissolution en ions rend la solution conductrice.

1. a)NaCl → Na⁺ + Cl⁻ ; CaCl₂ → Ca²⁺ + 2 Cl⁻. Ca²⁺ porte deux charges + : il faut deux Cl⁻ pour la neutralité. (1)
2. b)Surface : $7\times 3000=21000$ m² ; sel : $21000\times 20=420000$ g $=420$ kg ; chlorure : $420\times 0,61\approx 256$ kg. (1)
3. c)Nitrate d'argent dans un même volume des deux eaux : précipité blanc de chlorure d'argent bien plus abondant (trouble épais) avec l'eau d'hiver, à peine visible avec l'eau d'été. (1)
4. d)NaCl : bon marché, libère presque autant de chlorure par kg ; CaCl₂ : agit jusqu'à −25 °C et libère deux Cl⁻ par unité. Inconvénient commun : les ions chlorure salent les rivières et les nappes, abîment la végétation et corrodent les véhicules et les ponts. (1)

À retenir — une proportion massique (0,61 kg par kg) se lit comme un coefficient : masse d'ions = masse de sel × 0,61.