L’atome et les éléments - Nordtic.netste.csh.nordtic.net/IMG/pdf/-3.pdf · 2014. 9. 8. ·...

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Verdicts et diagnostics

CHAPITRE 1

L’atome et les éléments

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Observatoire / Guide

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Verdict

1 QU’EST-CE QUE L’ATOME ? (p. 6-17)

1. Pourquoi est-il utile d’utiliser un modèle pour représenter l’atome ?

2. Observez les deux photos ci-dessous.

a) Quelle photo représente un modèle dans lequel la matière peut être divisée à l’infini ?

Expliquez votre réponse.

b) Quelle photo représente un modèle dans lequel la matière ne peut pas être divisée à

l’infini ? Expliquez votre réponse.

3. Voici une représentation d’une molécule d’eau (H2O). Cette représentation respecte-t-elle les

énoncés du modèle atomique de Dalton ? Expliquez votre réponse.

CHAPITRE 1 CORRIGÉ


Parce que l’atome est trop petit pour qu’on puisse l’examiner directement.

C’est la photo du verre d’eau, puisque l’eau semble lisse.

C’est la photo du contenant de sable, puisque les grains de sable représentent les atomes. La

matière peut être divisée en petites particules indivisibles.

Non, cette représentation ne représente pas une molécule d’eau correctement selon le modèle atomique

de Dalton. Selon Dalton, les atomes d’éléments différents ont des masses et des dimensions différentes.

Les atomes d’hydrogène devraient donc être différents de l’atome d’oxygène.

STE

Questions 1 à 38, A à C.

A B


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4. Quelle conclusion Thomson a-t-il tirée de chacune des observations suivantes ?

a) Les rayons cathodiques font tourner un moulinet inséré à l’intérieur du tube.

b) Les rayons sont identiques peu importe la nature du métal utilisé pour fabriquer la cathode.

c) Les rayons cathodiques sont attirés vers la borne positive d’un champ électrique.

5. Quels types de rayons furent utilisés par Rutherford pour effectuer ses recherches sur la

structure de l’atome ?

6. Observez l’illustration ci-dessous. Chacune des lettres correspond à une observation faite par

Rutherford. Décrivez-la et associez à chacune d’elles une conclusion de Rutherford.

7. Quelle particule chargée positivement trouve-t-on dans le noyau ?

8. Les feux d’artifice nous émerveillent avec leurs couleurs éclatantes. Chacune d’elles est

obtenue par la combustion d’une substance spécifique. Par exemple, le chlorure de potassium

produit une flamme violette et le chlorure de sodium, une flamme jaune orangée. Quelle

théorie proposée par Bohr permet d’expliquer ce phénomène ?

Les rayons sont constitués de particules de matière. Les électrons ont une masse…

Les électrons sont identiques d’un élément à l’autre…

Les rayons cathodiques sont négatifs. Les électrons sont négatifs…

Des rayons alpha.

A : Ce rayon n’est pas dévié. Rutherford en conclut que l’atome est essentiellement fait de vide.

B : Ce rayon est fortement dévié. Rutherford en conclut que l’atome contient un noyau positif et

très petit.

C : Ce rayon est repoussé. Rutherford en conclut que le noyau de l’atome est positif et massif.

Le proton.

Lorsqu’un atome reçoit de l’énergie, ses électrons sont excités. Ils ont alors la possibilité de sauter sur

un niveau d’énergie supérieur pour un court laps de temps. Lorsqu’ils reviennent à leur niveau

d’énergie d’origine, ils transmettent le surplus d’énergie accumulée sous forme de lumière d’une

couleur spécifique.

A

C B


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9. Associez une caractéristique du modèle atomique de Rutherford-Bohr à chacun des énoncés

ci-dessous.

a) L’atome comporte autant de protons que d’électrons.

b) Les rayons alpha traversent facilement une mince feuille d’or.

c) Les rayons alpha sont fortement repoussés par le noyau.

d) Un gaz chauffé émet de la lumière selon des longueurs d’ondes précises.

10. Quelle est l’utilité du neutron dans l’atome ?

11. Quelles particules de l’atome contribuent principalement à sa masse ?

12. Quelle est la particule la plus légère de l’atome ?

2 LA CLASSIFICATION PÉRIODIQUE DES ÉLÉMENTS (p. 17-26)

13. Où se situent les non-métaux dans le tableau périodique ?

14. Qu’ont en commun les éléments d’une même famille ?

15. L’hydrogène est un non-métal. Pourtant, il est placé dans la même colonne que les métaux

alcalins. Pourquoi ?

16. Comment s’appellent les éléments de la deuxième colonne du tableau périodique ? Qu’ont-ils

en commun ?

L’atome est électriquement neutre.

L’atome est fait essentiellement de vide.

Le noyau de l’atome est massif et positif.

Spectre de lumière : Les électrons sautent sur un niveau d’énergie supérieur lorsqu’ils reçoivent

de l’énergie, puis la restituent sous forme de lumière.

Les neutons empêchent les protons de se repousser. Il ne rendre pas la noyau neutre.

Le proton et le neutron.

C’est l’électron.

Ils se situent tous à droite de l’escalier, sauf l’hydrogène.

Ils ont tous le même nombre d’électrons de valence, ce qui leur procure des propriétés chimiques

semblables.

Parce que l’hydrogène a un seul électron de valence, comme les métaux alcalins.

Les alcalino-terreux. Ils ont tous deux électrons de valence.


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17. Sur le modèle atomique suivant, quelle lettre représente un électron de valence ? Expliquez

votre réponse.

18. Qu’ont en commun les éléments d’une même période ?

19. Le rayon atomique est une propriété périodique des éléments. Expliquez comment le rayon

atomique varie au sein d’une période.

20. Comment le point de fusion varie-t-il au sein d’une période ? Tracez un diagramme du point

de fusion en fonction du numéro atomique pour expliquer votre réponse. Servez-vous des

données de l’annexe 1 du manuel pour construire votre diagramme sur la feuille quadrillée à

la fin de ce document.

21. Le tableau de l’annexe 1 présente l’énergie de première ionisation des éléments du tableau

périodique.

a) Comment cette propriété varie-t-elle au sein d’une période ?

b) Comment cette propriété varie-t-elle au sein d’une famille ?

C’est la lettre « D », puisque cet électron se trouve sur la dernière couche électronique.

Ils ont le même nombre de couches électroniques sur leurs atomes.

L’attraction entre les protons et les électrons augmente au sein d’une période, ce qui fait diminuer le

rayon atomique.

L’énergie de première ionisation augmente au sein d’une période.

L’énergie diminue au sein d’une famille.

Le point de fusion augmente graduellement au début de la période. Il diminue ensuite brusquement

pour les non-métaux.


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22. Que représente le numéro atomique d’un élément ?

23. Qu’est-ce que la masse atomique relative d’un élément ?

24. Un atome d’argon possède 18 protons et son nombre de masse est 40. Combien de neutrons

comporte-t-il ?

25. Un atome possède 25 protons, 25 électrons et 27 neutrons. Quelle est sa masse, en gramme

et en unités de masse atomique ? Quelle est la masse d’une mole de ces atomes ?

a) En grammes

m = (25 p+)(1,673 x 10-24 g/p+) + (25 e-)(9,109 x 10-28 g/e-) + (27 n0)(1,675 x 10-24 g/ n0)

m = 8,71 x 10-23 g

b) En unité de masse

A = Nombre de p+ + Nombre de n0 ….. Pourquoi ???? On néglige les électrons

A = 25 u + 27 u = 52 u

c) Masse molaire

8,71 x 10-23

g/atome x 6,02 x 1023

atomes/mol = 52,4 g donc conclusion !!!!

Cet atome possède une masse de 52 u.

Une mole de ces atomes possède une masse de 52 g

26. Parmi les éléments ci-dessous, lesquels sont les isotopes du même élément ? Expliquez

votre réponse.

Il représente le nombre de protons présents dans le noyau d’un atome.

C’est la masse d’un atome établie par comparaison avec l’élément de référence qu’est le carbone 12.

22 neutrons (40 nucléons – 18 protons = 22 neutrons).

B, C,

G sont les isotopes du même élément parce qu’ils ont le même numéro atomique, mais

des nombres de masse différents.

24

12 25

12 23

12


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27. Laquelle de ces représentations est impossible ? Expliquez votre réponse.

A est impossible car le nombre de masse est toujours supérieur au numéro atomique. 12

24


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3 LA REPRÉSENTATION DES ATOMES (p. 26-29)

28. Quelle est l’utilité de la notation de Lewis ?

29. Indiquez si chacun des atomes ci-dessous respecte la notation de Lewis. Si ce n’est pas le

cas, expliquez pourquoi.

a)

b)

c)

30. Représentez les atomes suivants à l’aide de la notation de Lewis.

a) b) c)

Aluminium Iode Baryum

31. Indiquez si chacun des atomes ci-dessous respecte le modèle atomique de Rutherford-Bohr.

Si ce n’est pas le cas, expliquez pourquoi.

a)

b)

La notation de Lewis permet d’illustrer uniquement les électrons de valence d’un atome.

Il est correctement illustré.

Il n’est pas correctement illustré, puisqu’il montre tous les électrons et pas

seulement les électrons de valence, comme le veut le modèle.

Il est correctement illustré.

Oui, il respecte le modèle atomique de Rutherford-Bohr.

Non, il ne respecte pas le modèle atomique de Rutherford-Bohr. Les

protons doivent être dans le noyau et les électrons, autour du noyau.

Magnésium

Argon

Chlore

Calcium

Néon


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c)

d)

32. Indiquez si chacun des atomes suivants respecte le modèle atomique simplifié. Si ce n’est

pas le cas, expliquez pourquoi.

a)

b)

c)

d)

Non, il ne respecte pas le modèle atomique de Rutherford-Bohr. Un

atome doit avoir le même nombre de protons et d’électrons.

Non, la quantité de protons doit égaler la quantité

d’électrons pour que l’atome soit neutre.

Non, il ne respecte pas le modèle atomique simplifié. Dans ce modèle,

on devrait indiquer le nombre de neutrons présents dans le noyau.

Oui, il respecte le modèle atomique simplifié.

Non, il ne respecte pas le modèle atomique simplifié. Les neutrons

devraient être dans le noyau et les électrons, autour du noyau.

Chlore

Sodium

Soufre

Lithium

Aluminium

Non, il ne respecte pas le modèle atomique simplifié. Il devrait y avoir

autant d’électrons que de protons.

Hélium


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33. Dessinez l’atome de fluor selon le modèle atomique simplifié.

4 LA NOTION DE MOLE (p. 30-31)

34. Combien y a-t-il de moles dans chacun des échantillons de matière ci-dessous ?

a) 12 g de carbone. 1 mole c) 80 g d’argon. 2 moles

b) 20 g de calcium. 0,5 mole

d) 10 g de sodium. 0,43 mole

35. Quelle est la masse molaire de chacune des molécules suivantes ?

a) LiBr 7 g/mol + 80 g/mol = 87 g/mol

b) CO2 12 g/mol + (16 g/mol 2) = 44 g/mol

c) H2SO4 (1 g/mol 2) + 32 g/mol + (16 g/mol 4) = 98 g/mol

d) Mg(NO3)2 24 g/mol + (14 g/mol + 16 g/mol 3) 2 = 148 g/mol

36. Un échantillon de matière contenant 0,25 mol pèse 10 g.

a) Quelle est la masse molaire de cette substance ?

b) Quel élément possède la même masse molaire ?

37. Quelle est la masse (en g) de 6,02 1023 atomes d’or ?

38. Combien y a-t-il de particules dans un échantillon de matière qui contient trois moles de

particules ?

m 10 g

N 0,25 mol

L’argon ou calcium

6,02 1023

atomes d’or représentent une mole, donc une masse de 197 g.

3 6,02 1023

= 1,806 1024

particules.

= 40 g/mol M = =


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QUESTIONS SYNTHÈSES

A. La réactivité chimique des éléments dépend de leur capacité à donner leurs électrons de

valence. Le métal le plus réactif du tableau périodique est le francium. À l’aide du modèle

atomique de Rutherford-Bohr, expliquez pourquoi.

B. Différents modèles de l’atome ont été proposés au fil du

temps. Les modifications d’un modèle à l’autre ont permis

de refléter les résultats des plus récentes découvertes.

Toutefois, dans certains contextes, un modèle plus ancien

peut être suffisant. Dans cette optique, quel modèle est le

plus pertinent pour expliquer chacun des phénomènes

suivants : le modèle de Dalton, le modèle de Thomson, le

modèle de Rutherford-Bohr ou le modèle atomique simplifié ?

a) Les écrans à rayons cathodiques fonctionnent à l’aide des

rayons émis par la cathode d’un tube à décharge électrique.

b) La combustion du magnésium émet une lumière vive.

C’est pourquoi on l’utilisait autrefois dans les flashs

d’appareils photographiques.

c) Lors d’une réaction nucléaire, il y a souvent émission

de neutrons.

d) Lorsqu’on frotte un ballon sur sa tête, des électrons sont

arrachés. C’est ce qu’on appelle l’« électricité statique ».

e) Le fer se combine à l’oxygène dans une proportion de 2:3

pour former la rouille (Fe2O3).

f) L’atome est essentiellement constitué de vide.

Comme tous les alcalins, le francium ne possède qu’un seul électron de valence. Il a donc naturellement

tendance à donner cet électron pour ressembler au gaz noble situé le plus près de lui dans le tableau

périodique, soit le radon. De plus, le francium possède sept couches électroniques. Son unique électron

de valence est donc situé très loin du noyau et est moins bien retenu par ce dernier que l’électron de

valence des autres alcalins. C’est pourquoi il réagit si facilement avec les autres éléments.

Le modèle de Thomson.

Le modèle de Rutherford-Bohr.

Le modèle atomique simplifié.

Le modèle de Thompson.

Le modèle de Dalton.

Le modèle de Rutherford-Bohr.


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g) La masse atomique de l’hélium est de 4 u.

C. Préparez votre propre résumé du chapitre 1 en construisant un réseau de concepts.

Diagnostic

1. L’Amazonie n’est pas le seul endroit où la contamination au mercure sévit. On en relève des

concentrations relativement élevées dans les sites d’enfouissement du Québec. Nommez trois

objets de votre entourage susceptibles de contenir du mercure. Expliquez vos réponses.

2. Le mercure est un métal lourd. À l’aide des modèles atomiques et du tableau périodique des

éléments, expliquez pourquoi il appartient à cette catégorie d’éléments.

Le modèle atomique simplifié.

Voir la section « Réseaux de concepts » du guide B.

Réponses variables. Exemple. Les ampoules fluocompactes parce qu’on retrouve le symbole Hg sur leur

emballage ou sur l’ampoule elle-même ; les piles parce qu’on en parle dans le manuel, à la page 20 ; les

anciens thermomètres au mercure.

Réponses variables. Exemple. La masse atomique du mercure est de 220,59 u. On peut donc voir que

sa masse atomique est relativement élevée comparativement à l’or, par exemple. De plus, son numéro

atomique est 80 et il fait partie de la 6e période, ce qui signifie qu’il possède 6 couches électroniques et

que son noyau comporte 80 protons.


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