La géométrie de quelques molécules – exercices corrigés

Cours
Évaluations corrigés

Exercice 1 :

 

Règles du duet et de l’octet

Facile

•
Question 1.1

La règle du duet s’applique aux atomes ayant un numéro atomique Z :

A
Z ≤ 4
B
5 ≤ Z ≤ 18
C
Z ≥ 19
D
Tous les atomes

•
Question 1.2

Les gaz rares sont chimiquement stables car :

A
Leurs couches externes sont saturées
B
Ils n’ont pas d’électrons
C
Ils ont une charge positive
D
Ils sont très légers

•
Question 1.3

Un atome de fluor (Z=9) forme l’ion F⁻ pour :

A
Acquérir la structure électronique du néon
B
Perdre un électron
C
Acquérir la structure électronique de l’argon
D
Augmenter sa charge nucléaire

•
Question 1.4

La règle de l’octet stipule que les atomes tendent à avoir :

A
8 électrons sur leur couche externe
B
8 électrons au total
C
8 protons dans le noyau
D
8 neutrons dans le noyau

•
Question 1.5

Un atome de magnésium (Z=12) forme l’ion Mg²⁺ pour acquérir la structure électronique :

A
Du néon
B
De l’argon
C
Du krypton
D
De l’hélium

Exercice 2 :

Représentation de Lewis

Moyen

•
Question 2.1

Dans la représentation de Lewis, une liaison covalente simple est représentée par :

A
Un trait simple (–)
B
Un double trait (=)
C
Un triple trait (≡)
D
Un point (•)

•
Question 2.2

Combien de doublets non liants possède la molécule d’eau (H₂O) dans sa représentation de Lewis ?

A
1
B
2
C
3
D
4

•
Question 2.3

Quelle molécule suivante possède une liaison triple dans sa représentation de Lewis ?

A
O₂
B
N₂
C
CO₂
D
CH₄

•
Question 2.4

Dans la molécule de méthane CH₄, l’atome de carbone forme :

A
4 liaisons simples
B
2 liaisons simples et 1 liaison double
C
1 liaison simple et 1 liaison triple
D
2 liaisons doubles

•
Question 2.5

Combien de doublets liants et non liants possède la molécule d’ammoniac NH₃ ?

A
3 liants, 1 non liant
B
2 liants, 2 non liants
C
4 liants, 0 non liant
D
1 liant, 3 non liants

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Exercice 3 :

 

Isomères et Géométrie Moléculaire

Difficile

•
Question 3.1

Des isomères sont des composés qui ont :

A
Même formule brute mais formules développées différentes
B
Même formule développée mais formules brutes différentes
C
Mêmes propriétés physiques et chimiques
D
Même géométrie mais atomes différents

•
Question 3.2

La géométrie de la molécule d’eau H₂O est :

A
Linéaire
B
Tétraédrique
C
Plane coudée (en V)
D
Pyramide à base triangulaire

•
Question 3.3

La géométrie de la molécule de méthane CH₄ est tétraédrique car :

A
L’atome de carbone a 4 domaines électroniques identiques
B
Les atomes d’hydrogène se repoussent fortement
C
La molécule est très symétrique
D
Le carbone a une grosse taille atomique

•
Question 3.4

La formule brute C₂H₆O correspond à deux isomères : l’éthanol et l’oxyde de diméthyle. Quelle affirmation est correcte ?

A
Ils ont les mêmes propriétés chimiques
B
Ils ont la même géométrie autour de l’atome d’oxygène
C
L’éthanol a un groupe OH alors que l’oxyde de diméthyle a un atome d’oxygène central
D
Ils ont le même point d’ébullition

•
Question 3.5

La géométrie de la molécule de dioxyde de carbone CO₂ est linéaire car :

A
L’atome de carbone n’a pas de doublet non liant
B
Les deux doubles liaisons C=O se repoussent symétriquement
C
La molécule est apolaire
D
Les atomes d’oxygène sont identiques

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Exercice 4: 

Consigne : Cocher la (ou les) bonne(s) réponse(s) pour chaque question.

1) Dans une molécule, les atomes sont liés entre eux grâce à des :



2) Si le doublet d’électrons est partagé entre deux atomes, il forme une :



3) Si le doublet est porté par un seul atome, il est dit :



4) Le nombre global d’électrons d’une molécule est la somme des électrons de la :



5) Dans la représentation de Lewis, les liaisons covalentes sont représentées par :



6) Les gaz rares ne participent quasiment pas à des réactions chimiques car ils sont :



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Exercice 5: Atomes, ions et règle de duet et de l’octet

Consigne : Compléter le tableau suivant en appliquant les règles du duet et de l’octet.

AtomeZStructure électronique de l’atomeRègle de duet ou de l’octetStructure électronique de l’ionSymbole de l’ion
Li3
O8
Ne10
Na11
Mg12
Cl17
N7
F9
Be4
Al13

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Exercice 6 : Représentation de Lewis, représentation de CRAM

Énoncé : Le tétrachloréthane ou tétrachlorure de carbone est un composé chimique chloré de formule brute : CCl4.

1) Donner la structure électronique d’un atome de carbone 12C et celle d’un atome de chlore  \({}_{17}Cl\) .

Carbone (12C) :

Chlore (17Cl) :

2) Déterminer le nombre d’électrons de la couche externe des atomes de carbone et de chlore (pc et pcl).

Carbone (pc) :

Chlore (pcl) :

3) Calculer NT le nombre d’électrons apportés par l’ensemble des couches externes des atomes de la molécule.

NT :

4) En déduire Nd le nombre de doublets de la molécule.

Nd :

5) Préciser NL le nombre de doublets liants de chaque atome (liaisons covalentes).

NL :

6) Préciser NnL le nombre de doublets non liants.

NnL :

7) Vérifier que Nd = NL + NnL

Vérification :

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Exercice 7: Représentation de Lewis et géométrie moléculaire

Consigne : Compléter le tableau suivant en déterminant les différentes caractéristiques des molécules et leurs représentations de Lewis.

MoléculeAtomesStructure électroniquepNTNdNLNnLReprésentation de Lewis
H₂O\({}_{1}H\)
\({}_{1}H\)
\({}_{8}O\)
CO₂\({}_{6}C\)
\({}_{8}O\)
\({}_{8}O\)
N₂\({}_{7}N\)
\({}_{7}N\)
HCl\({}_{1}H\)
\({}_{17}Cl\)
NH₃\({}_{7}N\)
\({}_{1}H\)
\({}_{1}H\)
\({}_{1}H\)

Légende :

p : Nombre d’électrons de valence
NT : Nombre total d’électrons externes
Nd : Nombre total de doublets
NL : Nombre de doublets liants
NnL : Nombre de doublets non-liants

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Exercice 8: La géométrie de la molécule SiH₃Cl

Contexte : Le chlorosilane SiH₃Cl est un gaz qui intervient dans la préparation du silicium très pur destiné à l’électronique. Les éléments silicium, hydrogène et chlore ont pour numéros atomiques respectifs 14, 1 et 17.

1) Déterminer le nombre N₁ d’électrons externes, puis le nombre Nd de doublets externes de la molécule.
2) Établir la représentation de Lewis. Préciser les doublets liants et non liants.
3) Déduire la structure géométrique de la molécule et la représenter selon la convention de Cram.

Données utiles :

Silicium (Z=14) : 14 électrons
Hydrogène (Z=1) : 1 électron
Chlore (Z=17) : 17 électrons
Formule : SiH₃Cl

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Exercice 9: Isomérie d’une molécule

Contexte : On considère la molécule avec la formule brute suivante : C₂H₆O.

1) Déterminer le nombre d’électrons externes de la molécule, puis en déduire le nombre de doublets.
2) Déterminer le nombre de doublets d’électrons (liants et non-liants) pour chaque atome de la molécule.
3) Proposer un modèle de Lewis de la molécule pour la chaîne d’atomes suivante : C-C-O
4) La même question pour la chaîne d’atomes suivante : C-O-C
5) Que conclure pour la molécule étudiée ?

Données utiles :

Carbone (Z=6) : 4 électrons de valence
Hydrogène (Z=1) : 1 électron de valence
Oxygène (Z=8) : 6 électrons de valence
Formule brute : C₂H₆O

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Exercice 10: Formule développée et type de liaison covalente

Objectif : Écrire les formules développées et les schémas de Lewis pour différentes molécules organiques et inorganiques.

Partie A – Molécules à liaisons simples

Les molécules des composés ci-dessous ne comportent que des liaisons simples :

CH₄

Formule développée
Schéma de Lewis

C₂H₄

Formule développée
Schéma de Lewis

C₂H₄Cl₂O

Formule développée
Schéma de Lewis

Partie B – Molécules avec liaisons multiples

Mêmes questions pour les molécules ci-dessous sachant qu’elles comportent toutes une liaison double ou triple :

O₂

Formule développée
Schéma de Lewis

N₂

Formule développée
Schéma de Lewis

C₂H₂

Formule développée
Schéma de Lewis

HCN

Formule développée
Schéma de Lewis

C₄H₈

Formule développée
Schéma de Lewis

C₃H₄

Formule développée
Schéma de Lewis

C₃H₆O

Formule développée
Schéma de Lewis

Instructions :

  • Pour chaque molécule, écrire la formule développée et le schéma de Lewis
  • Indiquer le type de liaison (simple, double, triple) pour chaque liaison
  • Préciser les doublets non liants sur les schémas de Lewis
  • Vérifier que tous les atomes respectent la règle de l’octet (ou du duet pour H)

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Exercice 11: La géométrie d’une molécule organosiliciée

Contexte : On étudie une molécule constituée d’un atome de silicium ({}_{14}Si\) et quatre atomes de carbone ({}_{6}C\) et des atomes d’hydrogène ({}_{1}H\).

1) Déterminer le nombre de liaisons covalentes pour les atomes de silicium et de carbone.
2) Compléter la formule développée ci-contre avec le nombre d’atomes d’hydrogène nécessaires, puis donner la formule brute.
3) Déterminer NL nombre de doublets liants et NNL nombre de doublets non-liants dans cette molécule.
4) Donner la formule semi-développée de cette molécule, puis donner la représentation de Cram et la forme géométrique de cette molécule dans l’espace.

Données utiles :

Silicium (Z=14) : 4 électrons de valence
Carbone (Z=6) : 4 électrons de valence
Hydrogène (Z=1) : 1 électron de valence
Structure : Si lié à 4 atomes de C

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Exercice 12: La molécule d’Aminoacétonitrile

Contexte : Voici le modèle moléculaire de la molécule d’Aminoacétonitrile. Cette molécule est un précurseur de la glycine, le plus simple des acides aminés.

Modèle moléculaire de l’Aminoacétonitrile

 
 

Légende : C (carbone), N (azote), H (hydrogène)

1) Quelle est sa formule brute ?
2) Quelle est sa représentation de Lewis ?
3) Quelle est sa formule développée ?
4) Quelle est sa formule semi-développée ?

Informations sur l’Aminoacétonitrile :

  • Précurseur de la glycine (acide aminé simple)
  • Formule : NH₂-CH₂-C≡N
  • Contient un groupe amine (-NH₂) et un groupe nitrile (-C≡N)
  • Molécule importante en chimie prébiotique

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Exercice 13: L’éthanol et l’acide éthanoïque

Contexte : L’éthanol (A) est un alcool qui s’oxyde en acide éthanoïque (B) et qui est le principal constituant du vinaigre.

Éthanol (A) et  Acide éthanoïque (B)

 

1) Quelle est sa formule développée ?

Éthanol :

 

Acide éthanoïque :

 

2) Quelle est sa formule semi-développée ?

Éthanol :

 

Acide éthanoïque :

 

3) Identifier le nombre de doublets liants NL et le nombre de doublets non liants NNL dans l’acide éthanoïque et dans l’éthanol.

Éthanol :

 

Acide éthanoïque :

 

4) Écrire la représentation de Lewis pour les molécules ci-contre.

Éthanol :

 

Acide éthanoïque :

 

5) Montrer que les atomes C et O vérifient la règle de l’octet.

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