Constitution de la matière — Atome et tableau périodique

Appliquer une méthode

On étudie deux éléments notés X et Y, de numéros atomiques $Z=7$ pour X et $Z=15$ pour Y. Réponds à chaque question en justifiant.

1. 1.Écris la structure électronique de X, puis celle de Y.

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   X : $(K{)}^2(L{)}^5$ ; Y : $(K{)}^2(L{)}^8(M{)}^5$.

   Pour X, 2 + 5 = 7 ; pour Y, K et L sont saturées avant d’entamer M : 2 + 8 + 5 = 15.

2. 2.Sur quelle ligne de la classification placer X, puis Y ? Justifie à partir de leur couche externe.

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   X : deuxième ligne (couche L) ; Y : troisième ligne (couche M).

   Une ligne correspond à une même couche externe en cours de remplissage : K pour la première, L pour la deuxième, M pour la troisième.

3. 3.X et Y appartiennent-ils à la même colonne ? Qu’en déduis-tu sur leurs propriétés chimiques ?

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   Oui : tous deux ont cinq électrons de valence. Ils ont donc des propriétés chimiques semblables et forment le même type d’ion.

   Une colonne rassemble les éléments ayant le même nombre d’électrons de valence ; c’est cette couche qui décide du comportement chimique.

4. 4.Quel ion X donne-t-il ? Pourquoi ne cède-t-il pas plutôt ses cinq électrons externes ?

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   ${\mathrm{X}}^{3-}$ : gagner trois électrons coûte moins que d’en céder cinq.

   Avec cinq électrons de valence, il en manque trois pour atteindre huit : le compte est plus proche de 8 que de 0.

5. 5.Y forme l’ion ${\mathrm{Y}}^{3-}$. Combien cet ion compte-t-il de protons et d’électrons ? Vérifie que le signe de la charge est cohérent.

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   15 protons et 18 électrons ; il a plus d’électrons que de protons, sa charge est bien négative.

   Le noyau ne change pas : 15 protons. Trois électrons gagnés : 15 + 3 = 18. Un excès d’électrons donne une charge négative.

Justifier un protocole

Lis le document 1, puis réponds aux questions. Cite la ligne du protocole quand c’est demandé.

1. 1.Quelle quantité de sulfate de cuivre Camille doit-elle dissoudre ?

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   $0,05\times 0,25=0,0125$ mol

   On part du but : n = c × V, la concentration voulue multipliée par le volume de solution converti en litres, 0,250 L.

2. 2.Déduis-en la masse que Camille doit peser à la ligne 3. Cette masse est-elle mesurable avec une balance de lycée ?

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   $0,0125\times 160=2$ g ; oui, elle se pèse sans difficulté.

   On convertit la quantité de matière en masse par m = n × M ; quelques grammes se pèsent, quelques microgrammes non.

3. 3.Pourquoi Camille ne verse-t-elle pas 250 mL d’eau sur le solide (ligne 6) ?

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   Le volume visé est celui de la solution, pas celui de l’eau versée.

   La concentration se rapporte au litre de solution, pas au volume de solvant ajouté : 250 mL d’eau versés ne donneraient pas 250 mL de solution.

4. 4.Pourquoi la ligne 5 doit-elle précéder la ligne 6 ?

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   Le volume final doit être celui de la solution, une fois tout le solide dissous.

   Compléter la fiole avant la dissolution est une erreur du barème du cours : le volume final doit être celui de la solution obtenue.

Calculer avec les unités

Inès dissout 5,85 g de chlorure de sodium dans une fiole jaugée de 500 mL et complète jusqu’au trait de jauge : elle obtient la solution mère. Données : $M(\mathrm{NaCl})=58,5$ g·mol⁻¹ ; constante d’Avogadro : $6,02\times 10^{23}$ mol⁻¹. Pose chaque calcul avec ses unités.

1. 1.Quelle quantité de sel Inès a-t-elle dissoute ?

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   $5,85÷58,5=0,1$ mol

   La masse en grammes divisée par la masse molaire en g·mol⁻¹ donne des moles.

2. 2.Que vaut $c_1$, la concentration de la solution mère ?

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   $0,1÷0,5=0,2$ mol·L⁻¹

   Le volume de la solution, 500 mL, vaut 0,500 L : on divise la quantité de matière par ce volume.

3. 3.Combien d’entités NaCl ont été dissoutes ?

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   $0,1\times 6,02\times 10^{23}=6,02\times 10^{22}$

   Chaque mole contient 6,02 × 10²³ entités : un dixième de mole en contient dix fois moins.

4. 4.Inès veut 250 mL d’une solution fille de concentration $c_2=0,020$ mol·L⁻¹. Écris la relation de conservation, puis calcule le volume $V_1$ de solution mère à prélever.

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   $V_1=\frac{c_2{V}_2}{c_1}$ ; $0,02\times 0,25÷0,2=0,025$ L = 25 mL

   La quantité de soluté prélevée dans la mère se retrouve entière dans la fille : on isole V₁ avant de remplacer par les valeurs.

5. 5.Vérifie ton résultat : par combien la concentration est-elle divisée ? Par combien le volume est-il multiplié ? Conclus.

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   $0,2÷0,02=10$ et $250÷25=10$ : même rapport, résultat cohérent.

   Puisque la quantité de matière ne change pas, concentration et volume varient en sens inverse et dans le même rapport.

Analyser un document

Observe le document 2, puis réponds aux questions.

1. 1.Calcule la concentration molaire de chacune des trois solutions.

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   S₁ : $0,02÷0,05=0,4$ ; S₂ : $0,05÷0,25=0,2$ ; S₃ : $0,1÷0,5=0,2$ (en mol·L⁻¹).

   Chaque volume est d’abord converti en litres : 0,050 L, 0,250 L et 0,500 L. 0,5 point par concentration juste.

2. 2.Range les trois solutions de la plus concentrée à la moins concentrée.

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   S₁ d’abord, puis S₂ et S₃, à égalité.

   S₁ atteint 0,40 mol·L⁻¹ ; S₂ et S₃ ont toutes deux 0,20 mol·L⁻¹.

3. 3.S₃ contient deux fois plus de soluté que S₂. Pourquoi n’est-elle pas plus concentrée ?

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   Son volume est lui aussi deux fois plus grand : rapportée au litre, la quantité de soluté est la même.

   La concentration est un rapport : doubler à la fois le numérateur et le dénominateur ne le change pas.

4. 4.On prélève 20 mL de S₁. Quelle est la concentration du prélèvement, et combien de moles emporte-t-il ?

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   0,40 mol·L⁻¹ ; $0,4\times 0,02=0,008$ mol

   Prélever ne change pas la composition de la solution, seulement la quantité emportée : n = c × V avec V = 0,020 L.