Les cours de Paul Arnaud - Exercices résolus de chimie physique

Paul Arnaud, Françoise Rouquérol, Gilberte Chambaud, Roland Lissillour

Chapter 3 ATOME ET STRUCTURE ÉLECTRONIQUE - CLASSIFICATION PÉRIODIQUE - all with Video Answers

Educators

Chapter Questions

Problem 1

Compléter les équations stœechiométriques suivantes :
a) ${ }_{26}^{58} \mathrm{Fe}+2{ }_0^1 \mathrm{n}={ }_{27}^{60} \mathrm{Co}+\ldots \ldots$
b) ${ }_{20}^{40} \mathrm{Ca}+{ }_1^2 \mathrm{~d}=\ldots \ldots .+{ }_1^1 \mathrm{p}$
c) ${ }_{28}^{60} \mathrm{Ni}+\ldots \ldots={ }_{27}^{60} \mathrm{Co}+{ }_1^1 \mathrm{p}$
d) ${ }_{96}^{242} \mathrm{Cm}+{ }_2^4 \alpha=\ldots \ldots+{ }_0^1 \mathrm{n}$
e) ${ }_{15}^{30} \mathrm{P}=\ldots \ldots+{ }_{+1}^0 \mathrm{e}$
f) ${ }_{92}^{235} \mathrm{U}+{ }_0^1 \mathrm{n}={ }_{56}^{142} \mathrm{Ba}+\ldots \ldots+2{ }_0^1 \mathrm{n}$
g) ${ }^{35} \mathrm{Cl}+\mathrm{n}={ }^{35} \mathrm{~S}+\ldots \ldots$
h) ${ }^{209} \mathrm{Bi}+\ldots . .={ }^{210} \mathrm{Bi}+\mathrm{p}$
i) ${ }^{58} \mathrm{Fe}+\mathrm{n}={ }^{59} \mathrm{Co}+\ldots \ldots$
j) ${ }^{59} \mathrm{Co}+\ldots \ldots={ }^{56} \mathrm{Mn}+\alpha$
k) ${ }^{214} \mathrm{~Pb}={ }^{214} \mathrm{Bi}+\ldots .$.

Shubham Kumar

Numerade Educator

10:03

Problem 1

Les affirmations suivantes sont-elles vraies ou fausses?
A) La fréquence, ou la longueur d'onde, du rayonnement impliqué dans une transition électronique est la même, qu'il s'agisse d'absorption ou d'émission.
B) Le spectre d'absorption de l'atome d'hydrogène, pris dans son état fondamental, ne comporte que les raies de la série de Lyman.
C) Les niveaux quantifiés correspondant aux valeurs successives du nombre n sont les mêmes dans tous les atomes.
D) Il faut une énergie infinie pour porter un électron au niveau correspondant à $n=\infty$.

Pronoy Sinha

Numerade Educator

01:38

Problem 2

Quel est le nucléide qui se forme dans les réactions suivantes?
a) ${ }^9 \mathrm{Be}(\mathrm{d}, \mathrm{n})$
c) ${ }^{63} \mathrm{Cu}(\mathrm{p}, \mathrm{n})$
e) ${ }^{241} \mathrm{Am}(\alpha, 2 \mathrm{n})$
b) ${ }^{25} \mathrm{Mg}(\alpha, \mathrm{p})$
d) ${ }^{14} \mathrm{~N}(\mathrm{n}, \mathrm{p})$
f) ${ }^{19} \mathrm{~F}(\mathrm{p}, \alpha)$

Nicole Smina

Numerade Educator

01:23

Problem 2

Si un atome d'hydrogène dans l'état fondamental absorbe un photon de longueur d'onde $\lambda_1$, puis émet un photon de longueur d'onde $\lambda_2$ sur quel niveau l'électron se trouve-t-il après cette émission?
$$
\begin{aligned}
& 1^{\text {er }} \text { cas : } \lambda_1=97,28 \mathrm{~nm} ; \lambda_2=1879 \mathrm{~nm} \\
& 2^{\mathrm{e}} \text { cas : } \lambda_1=97,28 \mathrm{~nm} ; \lambda_2=78,15 \mathrm{~nm}
\end{aligned}
$$

Adriano Chikande

Numerade Educator

03:13

Problem 3

Le bombardement d'atomes d'azote-14 par des particules $\alpha$ permet d'obtenir de l'oxygène- 17 selon la réaction :
$$
{ }^{14} \mathrm{~N}+\alpha \rightarrow{ }^{17} \mathrm{O}+\mathrm{p}
$$

Quelle doit être la vitesse minimale des particules $\alpha$ pour que cette réaction nucléaire ait lieu?
(Les données nécessaires se trouvent dans les annexes $\mathrm{C}$ et $\mathrm{E}$ ).

Ren Jie Tuieng

Numerade Educator

04:48

Problem 3

a) Calculez les longueurs d'onde, en nm, de la première et de la dernière raies de la série de Lyman dans le spectre d'émission de l'hydrogène. Déduisezen :
b) La valeur, en eV, de l'énergie de l'électron sur les niveaux $\mathrm{K}$ et $\mathrm{L}$,
c) La valeur, en eV, de l'énergie d'ionisation de l'hydrogène,
d) La longueur d'onde maximale, en $\mathrm{nm}$, d'un rayonnement susceptible de provoquer une excitation de l'atome d'hydrogène, pris dans l'état fondamental.

Ronald Prasad

Numerade Educator

02:54

Problem 4

L'une des réactions traduisant la fission de l'uranium-235 est :
$$
{ }^{235} \mathrm{U}+\mathrm{n}={ }^{95} \mathrm{Y}+{ }^{139} \mathrm{I}+2 \mathrm{n}
$$

Quelle est l'énergie libérée par la fission selon cette équation stœchiométrique de $1 \mathrm{~g}$ d'uranium-235 ?

Nicholas Majtenyi

Numerade Educator

03:11

Problem 4

Si l'électron de l'hydrogène est excité au niveau $\mathrm{N}(n=4)$, combien de raies différentes peuvent-elles être émises lors de son retour au niveau $\mathrm{K}(n=1)$ ? Classez les transitions correspondantes par fréquence décroissante des photons émis.

Ben Nicholson

Numerade Educator

02:16

Problem 5

Calculez et comparez les énergies de liaison nucléaire par nucléon, exprimées en $\mathrm{MeV}$, pour l'hydrogène-3 (tritium), l'hélium-4, le krypton-86 et l'uranium-235.
(Les données nécessaires se trouvent dans les Annexes C et E).

Chai Santi

Numerade Educator

03:58

Problem 5

Le nombre quantique $m_l$ pour un électron de la sous-couche $4 \mathrm{~d}$.
A) est nécessairement inférieur à 4.
B) peut avoir la valeur -1 .
C) a la valeur zéro.
D) peut prendre quatre valeurs différentes.

Quelle est l'affirmation exacte ?

Jennifer Hudspeth

Numerade Educator

04:13

Problem 6

a) Combien d'électrons peut accueillir au maximum une sous-couche $l$ ?
b) Combien d'électrons peuvent contenir, au maximum, les couches K, L, M. Pouvez-vous généraliser ces résultats?
c) Combien d'électrons peut décrire au maximum une orbitale d ?
d) Combien de cases quantiques peut-on prévoir relativement à $n=4$ ?

Cheryl Glor

Numerade Educator

01:27

Problem 7

Les affirmations suivantes sont-elles vraies ou fausses?
A) Si $l=1$, l'électron est dans une orbitale d.
B) Si $n=2, m_l$ peut être égal à -1 .
C) Pour un électron d, $m_l$ peut avoir la valeur 3.
D) $\mathrm{Si} l=2$, la sous-couche correspondante peut recevoir au plus 10 électrons.
E) Le nombre $n$ d'un électron d'une sous-couche f peut être égal à 3 .

Lottie Adams

Numerade Educator

01:33

Problem 8

Les nombres quantiques $n, l$ et $m_1$ peuvent-ils avoir ensemble les valeurs suivantes? Si oui, quelle sous-couche caractérisent-elles?
$$
\begin{array}{lrrr}
& n & l & m_1 \\
\text { a) } & 2 & 0 & 0 \\
\text { b) } & 4 & 1 & -2 \\
\text { c) } & 3 & 1 & -1 \\
\text { d) } & 4 & -1 & 0 \\
\text { e) } & 2 & 0 & -1
\end{array}
$$$$
\begin{array}{lllr}
& n & l & m_1 \\
\text { f) } & 5 & 3 & -3 \\
\text { g) } & 4 & 2 & 2 \\
\text { h) } & 2 & 3 & 3 \\
\text { i) } & 3 & 0 & 0 \\
\text { j) } & 5 & 2 & -2
\end{array}
$$

Nicole Smina

Numerade Educator

04:30

Problem 9

Dans un atome, combien d'électrons peuvent-ils être caractérisés par les valeurs suivantes d'un ou de plusieurs nombres quantiques:
a) $n=4$
d) $n=4, l=0, m_{\mathrm{s}}=+1 / 2$
b) $n=3, l=2$
e) $n=5, l=3, m_l=-1, m_{\mathrm{s}}=-1 / 2$
c) $n=3, m_l=0$
f) $n=3, m_{\mathrm{s}}=+1 / 2$

Jennifer Hudspeth

Numerade Educator

01:24

Problem 10

Parmi les configurations électroniques suivantes, distinguez celles qui représentent un état fondamental ou un état excité, ainsi que celles qui sont impossibles.
1) Classez-les dans ces trois catégories.
2) Donnez l'état fondamental correspondant aux états excités.
3) Indiquez la raison qui rend certaines impossibles.
A) K, L, $3 \mathrm{~s}^2, 3 \mathrm{p}^2, 4 \mathrm{~s}^1$
B) K, L, M, $4 \mathrm{~s}^2, 4 \mathrm{p}^6, 4 \mathrm{~d}^1, 5 \mathrm{~s}^2$
C) K, L, M
D) $1 s^2, 2 s^2, 2 p^5, 2 d^1$
E) K, L, M, $4 \mathrm{~s}^2, 4 \mathrm{p}^6, 4 \mathrm{~d}^{10}, 4 \mathrm{f}^{14}, 5 \mathrm{~s}^2, 5 \mathrm{p}^6, 5 \mathrm{~d}^{10}, 6 \mathrm{~s}^2, 6 \mathrm{p}^3$
F) K, L, $3 \mathrm{~s}^2, 3 \mathrm{p}^6, 3 \mathrm{~d}^{11}, 4 \mathrm{~s}^2, 4 \mathrm{p}^2$
G) K, L, $3 \mathrm{~s}^2, 3 \mathrm{p}^6, 3 \mathrm{~d}^{10}, 3 \mathrm{f}^{14}, 4 \mathrm{~s}^2, 4 \mathrm{p}^2$
K) $\mathrm{K}, 2 \mathrm{~s} \square, 2 \mathrm{p}$ आ.ाी
L) K, L, 3s $\square$

Ronald Prasad

Numerade Educator

01:05

Problem 11

Si la configuration électronique $1 \mathrm{~s}^2, 2 \mathrm{~s}^2, 2 \mathrm{p}^5, 3 \mathrm{~s}^1$ est celle d'un atome neutre, quelle affirmation est inexacte?
A) Le numéro atomique de cet atome est 10.
B) L'atome n'est pas dans sa configuration la plus stable.
C) L'atome doit recevoir de l'énergie pour passer à la configuration $1 \mathrm{~s}^2, 2 \mathrm{~s}^2$, $2 \mathrm{p}^6$.
D) L'atome contient deux électrons célibataires.

Alkendra Singh

Numerade Educator

02:38

Problem 12

Si les configurations électroniques :
a) $1 \mathrm{~s}^2, 2 \mathrm{~s}^2, 2 \mathrm{p}^6, 3 \mathrm{~s}^1$
b) $1 \mathrm{~s}^2, 2 \mathrm{~s}^2, 2 \mathrm{p}^6, 4 \mathrm{~s}^1$
sont celles de deux atomes neutres, ces trois affirmations sont-elles exactes?
Sinon, laquelle est fausse?
A) (a) et (b) représentent deux éléments différents.
B) (a) représente le sodium.
C) Il faut fournir de l'énergie à l'atome pour passer de (a) à (b).

Adriano Chikande

Numerade Educator

03:13

Problem 13

Déterminez la configuration électronique des espèces suivantes, en utilisant la règle de Klechkowski [Cours 3.10.2]. Y a-t-il des espèces isoélectroniques ?
$$
\begin{array}{lllllllllll}
\text { Atomes : } & \mathrm{B} & \mathrm{Sr} & \mathrm{Te} & \mathrm{Os} & \mathrm{Fr} & \mathrm{Nb} & \mathrm{Fe} & \mathrm{Ge} & \mathrm{Si} & \mathrm{Ar} \\
\text { Ions : } & \mathrm{Rb}^{+} & \mathrm{Bi}^{3+} & \mathrm{Ca}^{2+} & \mathrm{S}^{2-} & \mathrm{Br}^{-} & & & & &
\end{array}
$$

Adriano Chikande

Numerade Educator

03:23

Problem 14

Donnez la configuration électronique des espèces suivantes, en explicitant l'organisation de la couche externe (ou couche de valence) sous la forme de cases quantiques.
Atomes: $\mathrm{K} \quad \mathrm{N} \quad \mathrm{Al} \quad \mathrm{I} \quad \mathrm{Mg}$
Ions : $\mathrm{H}^{+} \quad \mathrm{In}^{3+} \quad \mathrm{F}^{-}$

A. Elizabeth Hildreth

Numerade Educator

01:35

Problem 15

Le tableau de la classification périodique comporte des zones correspondant à une sous-couche électronique déterminée (par exemple, la zone qui va de la case 5 à la case 10 correspond à la sous-couche 2p). Complétez le tableau suivant :
$$
\begin{aligned}
&\begin{array}{|c|c|c|c|}
\hline \text { Zone } & \text { sous-couche } & \text { zone } & \text { sous-couche } \\
\hline \text { Cases 19-20 } & \ldots . . \text { (a) } & \text {...... (e) } & 3 \mathrm{~d} \\
\hline \text { Cases } 39 \text { à } 48 & \text {...... (b) } & \ldots . . . \text { (f) } & 5 \mathrm{p} \\
\hline \text { Cases } 13 \text { à } 18 & \ldots \ldots .(c) & \ldots . .(\mathrm{g}) & 6 \mathrm{~s} \\
\hline \text { Cases } 58 \text { à } 71 & \ldots \ldots \text { (d) } & \text {...... (h) } & 5 \mathrm{f} \\
\hline
\end{array}\\
&\text { (Un tableau de la classification périodique se trouve à la fin de ce livre). }
\end{aligned}
$$

Lottie Adams

Numerade Educator

13:24

Problem 16

Déterminez la configuration électronique des espèces suivantes en la lisant sur le tableau de la classification périodique.

Ions: $\quad \mathrm{Sn}^{2+} \mathrm{K}^{+} \quad \mathrm{Se}^{2-} \mathrm{l}^{-} \quad \mathrm{As}^{3-}$

Connor Hudson

Numerade Educator

08:02

Problem 17

1) Peut-on situer dans la classification périodique et identifier les éléments dont la configuration électronique se termine par le terme indiqué ? Si oui, dans quelle case se trouve-t-il et quel est son nom?
a) ...,4s
b) ...,5 $\mathrm{p}^6$
c) ..., $7 \mathrm{~s}^1$
d) ..., $3 \mathrm{p}^2$
2) Peut-on situer et identifier les éléments dont la configuration électronique comporte le terme indiqué, sans que ce soit le dernier?
e) $\ldots, 3 d^5, \ldots$
f) $\ldots, 4 p^6, \ldots$
g) $\ldots, 5 \mathrm{~d}^{10}, \ldots$
h) ...,5 $5 \mathrm{f}^2, \ldots$

David Zywotko

Numerade Educator

00:14

Problem 18

S'il existait un plus grand nombre d'éléments connus, il pourrait s'en trouver un en-dessous du polonium ( $Z=84)$ dans le tableau périodique. Quels seraient son numéro atomique et sa configuration électronique?
Dans la même hypothèse, où se trouverait l'élément de numéro atomique $\mathrm{Z}=119$ ? Quelle serait sa configuration électronique?

Madysn Cardinal

Numerade Educator

01:58

Problem 19

Associez à chacun des cas $\mathrm{A}, \mathrm{B}$ et $\mathrm{C}$ une ou plusieurs des caractéristiques a, b, ... g.
A) Deux éléments qui ont le même nombre d'électrons dans leur couche externe...
B) Deux éléments dont les électrons externes appartiennent à la même couche...
C) Deux nucléides ne différant que par le nombre de neutrons de leurs noyaux...
a) ont des propriétés identiques
e) sont dans la même période
b) ont des propriétés analogues
f) sont dans la même colonne
c) ont des propriétés différentes
g) sont dans la même case
d) sont dans le même * bloc » $(\mathrm{s}, \mathrm{p}, \mathrm{d}, \mathrm{f})$

Lottie Adams

Numerade Educator

05:14

Problem 20

Quels sont les éléments de la $4^{\mathrm{e}}$ période qui possèdent, dans leur état fondamental, deux électrons non appariés (célibataires)? Quels sont ceux qui en possèdent trois?

Tianyu Li

Numerade Educator

01:21

Problem 21

Parmi les ions suivants, lesquels ne sont pas l'ion « le plus stable» (ou « ion normal ») de l'élément correspondant?
$\mathrm{Li}^{-} \mathrm{Al}^{2+} \mathrm{S}^{2-} \mathrm{K}^{+} \quad \mathrm{Rb}^{2+} \mathrm{Zn}^{2+} \mathrm{Fe}^{2+} \mathrm{Mn}^{7+} \mathrm{Cl}^{2-} \mathrm{l}^{-} \quad \mathrm{Ca}^{+} \quad \mathrm{Ba}^{2+}$

Maryam Shahid

Numerade Educator

00:58

Problem 22

Les énergies de première et de deuxième ionisation du néon $(Z=10)$, du sodium ( $Z=11)$ et du magnésium $(Z=12)$ sont les suivantes (en kilojoules par mole) :
$$
\begin{array}{lccc}
& \mathrm{Ne} & \mathrm{Na} & \mathrm{Mg} \\
1^{\text {re } \text { ionisation }} & 2081 & 496 & 738 \\
2^{\mathrm{e}} \text { ionisation } & 3952 & 4562 & 1451
\end{array}
$$
On remarque que le sodium a la plus faible énergie de première ionisation et la plus forte énergie de deuxième ionisation. Comment cela peut-il s'expliquer, pour trois éléments qui se suivent dans la classification périodique?

Lottie Adams

Numerade Educator

02:02

Problem 23

Les quatre séries de nombres ci-après représentent les énergies d'ionisation successives (en électronvolts par atome) de quatre éléments : calcium (Ca), gallium $(\mathrm{Ga})$, germanium $(\mathrm{Ge})$ et potassium $(\mathrm{K})$, représentés, dans un ordre à déterminer, par les lettres A, B, C et D. L'examen de ces valeurs vous permetelle d'attribuer à chaque élément ses énergies d'ionisation?

Carina Carlos

Numerade Educator

01:58

Problem 24

Dans chacune des quatre séries suivantes, classez les éléments dans l'ordre croissant du rayon de leurs atomes.
a) Cs, F, K, N, Li
c) Al, In, F, O, Si, S
b) $\mathrm{Ba}, \mathrm{Cl}, \mathrm{I}, \mathrm{Sn}, \mathrm{Sr}$
d) $\mathrm{Al}, \mathrm{Ca}, \mathrm{Fr}, \mathrm{Mg}, \mathrm{Rb}, \mathrm{S}$

Shveta Prithiani

Numerade Educator

00:48

Problem 25

Associez les éléments de la liste 1 à 10 avec les définitions de la liste $\mathrm{A}$ à $\mathrm{N}$ (un élément peut recevoir plusieurs de ces définitions et une définition peut convenir à plusieurs éléments).
$$
\begin{array}{lllll}
1 & \text { Soufre } & 4 \text { Azote } & 7 \text { Chlore } & 10 \text { Vanadium } \\
2 & \text { Krypton } & 5 \text { Césium } & 8 \text { Zinc } & \\
3 & \text { Fer } & 6 \text { Germanium } & 9 \text { Silicium } &
\end{array}
$$
A possède deux électrons p célibataires
B possède une couche externe de huit électrons
C un métal (non alcalin)
D un non-métal
E un gaz rare (ou gaz noble)
F le plus gros atome de la liste
G l'élément le moins électronégatif de la liste
$\mathrm{H}$ possède une case vide dans sa couche externe
I un métal alcalin
J un élément de transition
K l'élément le plus électronégatif de la liste
L possède trois électrons célibataires
M le plus léger des éléments où la couche $\mathrm{M}$ est complète
$\mathrm{N}$ un halogène

Lottie Adams

Numerade Educator

00:50

Problem 26

Quels devraient être la longueur et le diamètre d'une boite cylindrique aux dimensions exactes d'une molécule de dichlore $\mathrm{Cl}_2$ ?
(Une table des rayons atomiques se trouve dans l'Annexe F).

David Collins

Numerade Educator

01:27

Problem 27

La longueur de la liaison $\mathrm{H}-\mathrm{Br}$ est $0,151 \mathrm{~nm}$ et celle de la liaison $\mathrm{H}-\mathrm{H}$ est $0,074 \mathrm{~nm}$. Peut-on en déduire la longueur de la liaison $\mathrm{Br}-\mathrm{Br}$ dans le dibrome?

Matthew Lueckheide

Numerade Educator