Correction détaillée de chimie I Généralités 1.

Correction détaillée de chimie I Généralités 1. ABCD A : Il s'agit d'une liaison covalente. La différence d'électronégativité entre le chlore Cl et l'hydrogène H est inférieure à 2 : il ne s'agit pas d'une liaison ionique, il s'agit en fait d'une liaison covalente polaire (ou liaison ionocovalente). B : Il s'agit d'un recouvrement d'une orbitale 1s de l'hydrogène avec une orbitale 3p du chlore. L'hydrogène possède un seul électron : sa structure électronique est 1s1. Le chlore est un halogène : les halogènes sont les anions monovalents (F-, Cl-, Br-...). Les halogènes appartiennent au bloc p et ne doivent gagner qu'un seul électron : ils ont une structure électronique externe p5. Ainsi, le chlore, qui appartient à la 3ème ligne, a une structure 3p5. C : Il s'agit d'une molécule polaire. En effet, il s'agit d'une liaison covalente polaire : les électrons sont attirés par le chlore, qui est plus électronégatif que l'hydrogène. D : L'électronégativité est inversement proportionnelle à la taille du cortège électronique de l'atome : la différence des tailles entraine une différence des électronégativités. Dans une colonne : Lorsque le nombre de couche électronique (n) augmente, la taille de l'atome (de son cortège électronique) augmente en conséquence. Ainsi, les électrons les plus externes sont de moins en moins liés au noyau : ils sont facilement libérés, l'électronégativité diminue. Dans une ligne : Lorsque que le nombre d'électrons augmente, l'attraction électrons-noyau augmente : le cortège électronique se rapproche du noyau, la taille diminue. Ainsi, l'électronégativité augmente. 2. ABCD A : Deux énantiomères ont le même point de fusion et la même solubilité. B : Deux énantiomères n'ont pas les même propriétés chimiques Il s'agit d'une erreur dans le qcm. Deux énantiomères ont les même propriétés physiques (fusion, ébulition, solubilité, etc) mais des propriétés chimiques parfois radicalement différentes. C : Deux énantiomères ont les même distances interatomiques. Deux énantiomères sont l'image l'un de l'autre dans un miroir, les distances ne changent pas. Cela revient aux propriétés physiques. D : Deux énantiomères dévient différement le plan de polarisation de la lumière plane. En effet, c'est un moyen de distinguer deux énantiomères en solution. On distingue ainsi les énantiomères D (Dextrogyre) et L (Levogyre) : comme pour les sucres. On les appelle également R (Rectus) et S (Sinister) selon les règles de Cahn-Ingold-Prelog. 3. BCD Il s'agit de notions de biophysique non détaillées en chimie. 4. ABCD Cf question 2. 5. E N2, NH3, CH4 et HCl sont des molécules déjà rencontrées : Le diazote N2 est étudié lors du recouvrement des orbitales atomiques et également présenté en exemple de molécule covalente. L'ammoniac NH3 est pris en exemple comme molécule covalente. Le méthane CH4 est pris en exemple pour sa structure pyramidale et pour l'hybridation sp3 des orbitales. Le chlorure d'hydrogène HCl est vu dans la question 1.. Le chlorure de sodium NaCl (ou Na+ + C-) est l'exemple typique de la liaison ionique : il ne s'agit pas d'une liaison covalente, les atomes s'assemblent en cristaux (c'est le sel). 6. A?C Un donneur de liaison hydrogène est composé d'un composé à H acide, c'est-à-dire un hétéroatome (ni carbone ni hydrogène : azote, oxygène, fluor) porteur d'un atome hydrogène (comme dans les amines, alcools, thiols). Un accepteur de liaison hydrogène est composé d'un hétéroatome porteur de doublets libres. La molécule présentée serait dont un accepteur...? C : l'atome est relativement ramifié, il est donc basique. En phase gazeuse, plus l'atome d'azote est ramifié, plus il est basique. En phase aqueuse, l'azote secondaire est plus basique que l'azote tertiaire cependant. Ici l'atome d'azote est tertiaire, on considère qu'il est basique. D : l'azote tertiaire adopte une structure de pyramide trigonale, les groupes méthyle CH3 ne sont pas dans le plan C-N. En effet, l'azote possède un doublet non liant : il adopte une structure AX3E selon les règles de Gillespie, qui correspond à une pyramide trigonale. 7. AB Il s'agit de notions de biophysique non détaillées en chimie. 8. ABCDE? A : l'oxygène et l'azote procèdent à une hybridation sp3 pour obtenir une structure tétraédrique (NH3 est une pyramide trigonale, H2O est coudée en V). B : en effet, elles possèdent des doublets non-liants qui permettent la liaison de coordination (ou liaison covalente dative). C : NH3 peut accepter une liaison hydrogène (un doublet non-liant) et en donner 3 (3 hydrogènes). H2O peut accepter deux liaison hydrogène (deux doublets non-liants) et en donner 2 (2 hydrogènes). D : il y a une différence d'électronégativité entre leur atome central et l'hydrogène, de plus leur moment dipolaire est non nul géométriquement. Elles sont donc polaires. E:? 9. B Les groupements méthyle R-CH3 ont une structure pyramidale (de type AX4), ainsi les hydrogènes ne sont pas dans le plan C-C=C-C. 10. CD A : Il s'agit de la règle de Klechkowski. B : Il s'agit de la règle de Hund. C, D : « Deux électrons d'un même atome ne peuvent avoir leurs quatre nombres quantiques identiques, ainsi deux électrons d'une même orbitale (même n, l, m) doivent avoir un spin opposé «. 11. AB? La température de changement d'état (ébullition ou fusion) augmente avec la taille de la molécule. Elle augmente donc en descendant dans une colonne. A : le brome Br est en dessous du fluor F dans la classification, donc la température d'ébullition du brome est plus importante. B : l'azote liquide est éventuellement connu pour sa température d'ébullition très basse... La température d'ébullition du monoxyde de carbone CO est en fait plus élevée de seulement 5°C. C : il n'y a qu'une seule molécule ? D : idem ? E : l'hélium He est plus haut dans la classification que l'argon Ar, la température d'ébullition de l'argon est donc plus importante. 12. ADE Un carbone impliqué uniquement dans des simples liaisons subit une hybridation sp3. Un carbone impliqué dans une double liaison subit une hybridation sp2. Un carbone impliqué dans une triple liaison subit une hybridation sp. A : C1 est impliqué dans des simples liaisons : hybridation sp3. C2 et C3 sont impliqués (ensemble) dans une double liaison : hybridation sp2. Il y a donc deux carbones hybridés sp2 et un carbone hybridé sp3. B : Cf la A C : Cf la A D : une double liaison C=C peut être la cible d'une addition avec un groupe électrophile (comme H+). Selon la règle de Markovnikov, H+ va venir se lier au carbone le plus hydrogéné : il s'agit de C3. E : la formation d'un complexe ? est une étape intermédiaire de l'addition. 13. DE Pour trouver la réponse, il faut faire la structure électronique de chaque atome, grâce à la règle de Klechkowski. Co : [Ar] 4s2 3d7 ?? ?? ? ? ? Gd3+ : [Xe] 6s² 4f5 ????? Lu : [Xe] 6s² 4f14 5d1 ? Ir : [Xe] 6s2 4f14 5d7 ?? ?? ? ? ? Cm3+ : [Rn] 7s2 5f5 ????? Le maximum est donc de 5 électrons non appariés pour Gd3+ et Cm3+. Comme on peut le voir, Gd3+ et Cm3+ possèdent la même structure électronique externe (ils sont en effet dans la même colonne)... 14. A Les chlorures d'acides sont plutôt réactifs : plus il y a de chlore, plus le chlorure d'acide est réactif. 15. ABCDE A : le carbone qui était saturé avec 8 électrons en a perdu deux dans la rupture hétérolytique. Il a alors 6 électrons, et a une structure plane triangulaire de type AX3. B : le carbone, qui était de géométrie type AX4 perd une liaison au profit d'un doublet non-liant. Il reste entouré de 8 électrons, mais sa structure passe de type AX3E (toujours tétraédrique malgré tout). C : un radical est un groupe électriquement neutre dont la couche externe n'est pas saturée. Le carbone auquel il manque une liaison sera donc électriquement neutre, et entouré de 7 électrons. D : en effet, il ne s'agit ni d'un AX3E ni d'un AX3, mais d'une géométrie intermédiaire mal définie. E : c'est la définition d'un carbone asymétrique, dit chiral. 16. CDE Le rapport charge de l'ion/rayon de l'ion semble être quasiment identique pour un élément et celui de la colonne et ligne suivante (une diagonale vers le bas et la droite dans le tableau) pour des ions de même signe... Ceci est en rapport avec les variations de taille des atomes : la taille diminue en avançant d'une colonne mais augmente en descendant d'une ligne... 17. AE CH3-CH3 est l'élément ayant le point d'ébullition le moins élevé, car il est petit et peu sensible aux liaisons hydrogène (il n'est ni accepteur ni donneur). CH3-CH2-CH2-OH est l'élément ayant le point d'ébullition le plus faible, car la fonction alcool est très propice aux liaison hydrogène. 18. AC?D? La question relève probablement d'un ancien programme... On parle du sulfate (SO42-) de baryum, donc la charge de l'ion baryum vaut Ba+2. A : l'énergie de réseau (énergie réticulaire) a tendance à augmenter avec le nombre de charge des ions. B : le baryum n'est en aucun cas un gaz noble. C : « fortement « chargés... ? D : éventuellement... E : l'énergie de réseau intervient dans la solubilité 19. BCE Ici, on peut simplifier la tâche par une « astuce « : il suffit de compter (grâce à Klechkowski) le nombre d'électrons nécessaires pour atteindre 4f5. Ainsi, tous les éléments possédant un nombre d'électrons supérieur à celui-ci possèderont donc plus de 5 électrons dans la sous-couche f. Il s'agit de l'ion Gd3+ dont la couche externe est 6s2 4f5. Ainsi les éléments Yb2+ (C), Os (B) et Bi (E) possèdent plus de 5 électrons dans leur orbitale f. 20. B Il s'agit d'une addition : un atome électrophile (ayant une lacune électronique) vient réagir avec une double liaison C=C. BrH se dissocie en solution en Br- et H+, car c'est un acide (capable de libérer un proton). H+ vient réagir avec C=C, et se lie au carbone le plus hydrogéné, selon la règle de Markovnikov. Il s'agit donc de la forme B, et uniquement la forme B. D : à cause du carbone asymétrique (celui lié à Br), le composé n'est pas énantiomériquement pur, il pourra être R ou S. E : le second carbone (anciennement appartenant à la double liaison) n'est pas un carbone asymétrique, car il est lié à deux hydrogènes. Tous les autres carbones sont liés à au moins deux hydrogènes également. 21. ACD Il s'agit d'une substitution nucléophile : un substituant nucléophile (OH, riche en électrons grâce à ses doublets non-liants) vient remplacer un groupe sortant (Br). Le carbone visé est tertiaire : il s'agira donc d'une réaction SN1. A : il s'agit d'une réaction de substitution nucléophile SN1, elle passe donc par un carbocation. B : la vitesse d'une réaction SN1 est uniquement proportionnelle au substrat, ici [R-Br] C : Cf B. 22. BCD A : le principe de l'hybridation est de combiner des orbitales atomiques « pures « de symétries différentes s et p. B : le but est de les amener toutes à un même niveau d'énergie, leur nombre ne varie pas. C : pour appliquer les règles de Gillespie, il faut que les orbitales atomiques soient d'énergie égale. D: l'hybridation sp2 intervient sur des atomes de carbone impliqués dans une double liaison. E : l'énergie finale des orbitales hybridées est différente de l'énergie initiale des orbitales « pures «. 23. AE L'électronégativité est la moyenne entre l'affinité électronique et le potentiel d'ionisation. C : une liaison ionique implique deux éléments dont la différence d'électronégativité est très importante, supérieure à 2. D : l'élément le plus électronégatif est le fluor, en haut à droite de la classification. E : le moment dipolaire est proportionnel à la différence d'électronégativité. 24. AB A : il semble s'agir de deux énantiomères...? B : il s'agit de deux énantiomères. On observe le molécule par son carbone asymétrique, de façon à ce que le plus petit substituant (ici c'est H) soit derrière. On classe alors les substituants par poids atomiques : N, puis deux C. Pour distinguer les carbones, on regarde leurs voisins : COO et C-C. On a donc NH2, COOH puis C-R : il s'agit de l'énantiomère S (sens inverse des aiguilles d'une montre). En face, il s'agit de l'énantiomère R (sens des aiguilles d'une montre). C : les molécules sont différentes, il ne peut pas s'agit d'énantiomères. D : si on l'observe par au dessus, il s'agit en fait de la même molécule. E : il s'agit de la même molécule, elle a juste fait un tiers de rotation dans le sens des aiguilles d'une montre. 25. CD A : Tous les carbones sont soit liés à au moins deux carbones (ils sont secondaires ou tertiaires) soit liés à 3 hydrogènes. Il n'y en a donc aucun qui soit lié à 4 substituants différents. B : Il n'y a pas de fonction carboxylique COOH ni de fonction amide R-CO-NH-R. C : Il y a bien deux amines primaires NH2-R et une amine secondaire R-NH-R. D : Il y a bien 4 fonctions ester R-CO-O-R et une fonction amide. E : Il n'y a pas de carbone asymétrique, une seule fonction ester, pas de fonction amide. II Liaisons 1. D Attention, il s'agit ici des propositions inexactes. A : c'est brièvement cité dans le cours sur la liaison hydrogène, c'est vrai. B : en effet, elle est donneuse de deux hydrogènes et accepteuse de deux hydrogènes (son oxygène comporte deux doublets non-liants). C:? Les liaisons hydrogènes augmente la solubilité dans les solvants polaires (moment dipolaire non nul) et diminue la solubilité dans les solvants apolaires. Or, l'eau est un solvant polaire bien connu, la solubilité devrait donc être augmentée. Une substance covalente est une molécule formée par des liaisons covalentes, par oppositions aux cristaux ioniques formés par des liaisons ioniques. D : Cf E. E : il s'agit bien de la « liaison hydrogène «, elle est spécifique à l'élément hydrogène. Pour qu'il y ait une liaison hydrogène, il faut que l'él&...