M. VERHILLE — Physique-Chimie · 3eme — Format exercice type DNB Coche la bonne reponse. Une seule reponse correcte par question.

Question 1

Le basalte du Piton de la Fournaise contient du silicium. Sur le tableau periodique, le silicium (Si) a pour numero atomique Z = 14. Combien de protons contient le noyau d'un atome de silicium ?

Tip : Le numero atomique Z est egal au nombre de protons dans le noyau. C'est la definition meme de Z.

• ◻ A) 28 protons
• ✅ B) 14 protons
• ◻ C) 7 protons
• ◻ D) 0 proton

Feedback bonne reponse : "Bravo ! Z = 14 signifie que le noyau du silicium contient exactement 14 protons. Le nombre de protons definit l'element chimique : tout atome avec 14 protons est du silicium, quelles que soient les autres particules." Feedback mauvaise reponse A : "Non. 28 est le nombre de masse A du silicium le plus abondant (²⁸Si), pas le numero atomique. Z = 14 = nombre de protons." Feedback mauvaise reponse C : "Non. 7 serait la moitie de 14 (erreur de calcul frequente). Z = 14 donne directement le nombre de protons : 14." Feedback mauvaise reponse D : "Non. Z = 14 signifie exactement 14 protons. Le nombre de neutrons dépend de l’isotope et n’est pas donné par Z seul."

Question 2

La notation d'un atome de fluor est ¹⁹₉F. Combien de neutrons contient le noyau de cet atome ?

Tip : Le nombre de neutrons se calcule : N = A - Z. Identifie d'abord A et Z.

• ◻ A) 9 neutrons
• ◻ B) 19 neutrons
• ✅ C) 10 neutrons
• ◻ D) 28 neutrons

Feedback bonne reponse : "Bravo ! A = 19 (nombre de masse), Z = 9 (numero atomique). Nombre de neutrons : N = A - Z = 19 - 9 = 10 neutrons. C'est le calcul fondamental de l'atomistique." Feedback mauvaise reponse A : "Non. 9 est le numero atomique Z (nombre de protons), pas le nombre de neutrons. N = A - Z = 19 - 9 = 10." Feedback mauvaise reponse B : "Non. 19 est le nombre de masse A (protons + neutrons). Le nombre de neutrons seul est N = A - Z = 19 - 9 = 10." Feedback mauvaise reponse D : "Non. 28 n'a pas de signification ici. Il faut appliquer N = A - Z = 19 - 9 = 10 neutrons."

Question 3

Un atome est electriquement neutre. Sachant que le chlore a pour numero atomique Z = 17, combien d'electrons possede un atome de chlore neutre ?

Tip : La neutralite electrique signifie que les charges positives (protons) et negatives (electrons) s'equilibrent.

• ✅ A) 17 electrons
• ◻ B) 35 electrons
• ◻ C) 18 electrons
• ◻ D) 7 electrons

Feedback bonne reponse : "Bravo ! Un atome neutre contient autant d'electrons (charge −1 en unité élémentaire chacun) que de protons (charge +1 en unité élémentaire chacun). Z = 17 protons → 17 electrons. La charge totale est nulle : 17(+1) + 17(-1) = 0." Feedback mauvaise reponse B : "Non. 35 est le nombre de masse A du chlore le plus abondant (³⁵Cl). Le nombre d'electrons d'un atome NEUTRE est egal au nombre de protons = Z = 17." Feedback mauvaise reponse C : "Non. 18 electrons serait le cas de l'ION chlorure Cl⁻ (qui a capte 1 electron). L'atome NEUTRE a 17 electrons." Feedback mauvaise reponse D : "Non. 7 serait le numero atomique de l'azote. Pour le chlore (Z=17), un atome neutre a exactement 17 electrons."

Question 4

Approfondissement guidé : pour le sodium (Na, Z = 11), repartis les 11 electrons sur les couches (2 sur la premiere, puis 8 sur la deuxieme). Combien d’electrons se trouvent sur la couche externe (couche de valence) ?

Tip : Les electrons se repartissent sur des couches : la première peut contenir 2 électrons et la deuxième 8 ; il reste alors un électron pour la troisième dans le sodium. Calcule pour Z = 11.

• ✅ A) 1 electron sur la couche externe
• ◻ B) 2 electrons sur la couche externe
• ◻ C) 8 electrons sur la couche externe
• ◻ D) 11 electrons sur la couche externe

Feedback bonne reponse : "Bravo ! Na (Z=11) : 2 electrons sur la 1ere couche, 8 sur la 2eme, 1 sur la 3eme (couche externe). Configuration : (2,8,1). C'est cet electron celibataire sur la couche externe qui explique la tres grande reactivite du sodium (il cherche a se debarrasser de cet electron)." Feedback mauvaise reponse B : "Non. 2 electrons sur la couche externe serait la configuration du magnesium Mg (Z=12) : (2,8,2). Pour Na (Z=11) : (2,8,1) → 1 electron en externe." Feedback mauvaise reponse C : "Non. 8 electrons sur la couche externe serait une couche saturee (configuration stable, gaz noble-like). Ce n'est pas le cas de Na : sa configuration est (2,8,1)." Feedback mauvaise reponse D : "Non. Les 11 electrons ne sont pas tous sur la couche externe ! Ils se repartissent sur plusieurs couches : (2,8,1)."

Question 5

Le carbone 12 (¹²₆C) et le carbone 14 (¹⁴₆C) sont deux isotopes. Quelle propriete partagent ces deux atomes ?

Tip : Les isotopes sont des atomes du meme element. Qu'est-ce qui definit un element chimique ?

• ◻ A) Ils ont le meme nombre de masse A
• ✅ B) Ils ont le meme numero atomique Z (meme nombre de protons)
• ◻ C) Ils ont le meme nombre de neutrons
• ◻ D) Ils ont les memes proprietes chimiques et physiques

Feedback bonne reponse : "Bravo ! Deux isotopes du meme element ont le MEME numero atomique Z (meme nombre de protons), donc meme element chimique. Ce qui differe : le nombre de neutrons (et donc A). ¹²₆C : 6 protons + 6 neutrons. ¹⁴₆C : 6 protons + 8 neutrons. Le ¹⁴C est radioactif et utilisé pour la datation (carbone 14)." Feedback mauvaise reponse A : "Non. Les isotopes ont DES nombres de masse DIFFERENTS (12 vs 14). Ils ont le MEME Z mais des A differents." Feedback mauvaise reponse C : "Non. Les isotopes ont des nombres de neutrons DIFFERENTS. ¹²C : 6 neutrons. ¹⁴C : 8 neutrons. C'est justement ce qui les distingue." Feedback mauvaise reponse D : "Non. Les isotopes ont les memes proprietes CHIMIQUES (meme Z, meme configuration electronique) mais des proprietes PHYSIQUES differentes (masse differente, parfois radioactif)."

Question 6

Approfondissement guidé : le lithium, le sodium et le potassium sont dans la même famille. On donne leur nombre d’électrons externes : Li : 1 ; Na : 1 ; K : 1. Quel point commun contribue à expliquer leurs propriétés chimiques voisines ?

Tip : Ce sont les electrons de la couche externe (electrons de valence) qui determinent les proprietes chimiques.

• ◻ A) Ils ont le meme nombre de masse A
• ◻ B) Ils ont le meme nombre de protons Z
• ✅ C) Ils ont chacun un électron sur leur couche externe
• ◻ D) Ils ont la meme masse volumique

Feedback bonne reponse : "Bravo ! Dans la famille étudiée, Li, Na et K ont tous un électron externe. C'est cette configuration externe qui determine les proprietes chimiques : Na et K ont tous deux 1 electron externe → tous deux tres reactifs, donnent des ions M+." Feedback mauvaise reponse A : "Non. Dans une meme colonne, les nombres de masse sont differents (Li=7, Na=23, K=39...). La propriete commune n'est pas A." Feedback mauvaise reponse B : "Non. Dans une meme colonne, les numeros atomiques sont differents (Li Z=3, Na Z=11, K Z=19...). Le meme Z definirait le meme element, pas plusieurs elements." Feedback mauvaise reponse D : "Non. La masse volumique varie enormement au sein d'une meme colonne. Ce n'est pas la propriete qui les rassemble."

Question 7

Données indicatives en masse pour le corps humain : O : 65 % ; C : 18,5 % ; H : 9,5 % ; N : 3,3 % ; autres : 3,7 %.

D’après ces données, quel est l'element chimique le plus abondant dans le corps humain (en masse) ?

Tip : Comparer les pourcentages en masse donnés dans l’énoncé.

• ✅ A) L'oxygene (O, 65%)
• ◻ B) Le carbone (C, 18,5 %)
• ◻ C) L'hydrogene (H, 9,5 %)
• ◻ D) L'azote (N, 3,3 %)

Feedback bonne reponse : "Bravo ! L’oxygène a le plus grand pourcentage en masse dans les données : 65 %. Il se trouve dans l’eau et dans de nombreuses autres molécules. La fraction d’eau du corps et la fraction d’oxygène ne sont pas la même grandeur." Feedback mauvaise reponse B : "Non. Le carbone est 2e (18,5 %), pas premier. Il est la base des molecules organiques (proteines, lipides, glucides)." Feedback mauvaise reponse C : "Non. L'hydrogene est 1er en nombre d'atomes mais seulement 3eme en masse (9,5 %) car les atomes H sont tres legers (masse 1). L'oxygene (masse 16) domine en masse." Feedback mauvaise reponse D : "Non. L'azote N ne represente que 3,3 % de la masse corporelle. Il est present dans les proteines et l'ADN mais pas majoritaire."

Question 8

L'helium (He, Z=2) est un gaz noble, tres peu reactif. L'hydrogene (H, Z=1) est tres reactif. Pourquoi cette difference de reactivite ?

Tip : La stabilite chimique est liee a la saturation de la couche externe. Compare les configurations electroniques de H et He.

• ◻ A) He est plus lourd que H, donc plus stable
• ✅ B) He a sa 1ere couche saturee (2 electrons), donc il n'a pas tendance a reagir. H n’a qu’un électron et peut notamment partager des électrons dans une liaison chimique.
• ◻ C) He a un noyau plus gros que H, donc plus stable
• ◻ D) H est plus reactif car il est plus leger

Feedback bonne reponse : "Bravo ! He (Z=2) : configuration (2), couche externe saturee → tres stable → gaz noble. H (Z=1) : configuration (1), 1 electron seul sur la 1ere couche qui peut en accueillir 2 → instable → reactif. Cette difference explique pourquoi He est très peu réactif dans les conditions usuelles et H forme des molécules (H₂, H₂O, HCl...)." Feedback mauvaise reponse A : "Non. La masse ne determine pas la reactivite. Ce sont la configuration electronique et la saturation des couches qui importent." Feedback mauvaise reponse C : "Non. La taille du noyau n'est pas le critere de stabilite. C'est la saturation de la couche externe d'electrons qui determine la reactivite." Feedback mauvaise reponse D : "Non. La masse et la reactivite ne sont pas directement liees. He (plus lourd) est moins reactif que H (plus leger)."

Question 9

Pour ce calcul d’ordre de grandeur, utiliser les diamètres donnés. Un atome de carbone a un diametre d'environ 1,5 × 10⁻¹⁰ m et son noyau a un diametre d'environ 1,5 × 10⁻¹⁴ m. Quel est le rapport entre la taille de l'atome et la taille de son noyau ?

Tip : Divise le diametre de l'atome par le diametre du noyau. Utilise les puissances de 10.

• ◻ A) L'atome est 10 fois plus grand que son noyau
• ◻ B) L'atome est 100 fois plus grand que son noyau
• ✅ C) L'atome est 10 000 fois plus grand que son noyau
• ◻ D) L'atome est 1 000 000 fois plus grand que son noyau

Feedback bonne reponse : "Bravo ! Rapport = (1,5 × 10⁻¹⁰) / (1,5 × 10⁻¹⁴) = 10⁻¹⁰⁺¹⁴ = 10⁴ = 10 000. Le noyau est 10 000 fois plus petit que l'atome. Si l'atome etait un stade de football, le noyau serait une bille au centre. La matiere est essentiellement vide !" Feedback mauvaise reponse A : "Non. Le rapport est 10⁻¹⁰ / 10⁻¹⁴ = 10⁴ = 10 000, pas 10. Attention au calcul des puissances de 10." Feedback mauvaise reponse B : "Non. 100 = 10². Le rapport est 10⁴ = 10 000. Tu as sous-estime l'ecart." Feedback mauvaise reponse D : "Non. Il faut ici diviser les deux diamètres donnés, sans introduire une autre comparaison. L'atome / noyau = 10⁴ = 10 000."

Question 10

Le fer (Fe) est tres abondant dans la lave du Piton de la Fournaise. Sa notation atomique est ⁵⁶₂₆Fe. Un ion fer (III) a pour symbole Fe³⁺. Combien d'electrons possede cet ion ?

Tip : L'ion Fe³⁺ a perdu 3 electrons par rapport a l'atome neutre. Commence par trouver le nombre d'electrons de l'atome neutre, puis soustrait 3.

• ◻ A) 26 electrons
• ◻ B) 29 electrons
• ✅ C) 23 electrons
• ◻ D) 56 electrons

Feedback bonne reponse : "Bravo ! Atome neutre Fe (Z=26) : 26 electrons. Ion Fe³⁺ : il a perdu 3 electrons (d'ou la charge 3+). Nombre d'electrons = 26 - 3 = 23 electrons. La charge positive provient du fait qu'il y a plus de protons (26) que d'electrons (23)." Feedback mauvaise reponse A : "Non. 26 electrons serait l'atome neutre Fe. L'ion Fe³⁺ a perdu 3 electrons : 26 - 3 = 23." Feedback mauvaise reponse B : "Non. 29 electrons impliquerait que Fe³⁺ a GAGNE 3 electrons. Un ion positif (cation) PERD des electrons." Feedback mauvaise reponse D : "Non. 56 est le nombre de masse A (protons + neutrons), pas le nombre d'electrons. Les electrons sont en dehors du noyau et leur nombre = Z − nombre de charges élémentaires de l’ion (avec son signe)."

Tips — Aide-memoire

Tip 1 — Constitution de l'atome

A retenir :

• Noyau : protons (charge +1, masse 1 u) + neutrons (charge 0, masse 1 u)
• Couche electronique : electrons (charge -1, masse negligeable)
• Atome neutre : nb protons = nb electrons
• Z = nombre de protons = numero atomique
• A = nombre de masse = protons + neutrons
• N = nombre de neutrons = A - Z

Piege a eviter : Ne pas confondre Z (nombre de protons, identite de l'element) et A (nombre de masse, protons + neutrons).

Tip 2 — Lecture de la notation AZX

A retenir :

• ᴬ_Z X : A en haut = nombre de masse, Z en bas = numero atomique, X = symbole
• Nombre de protons = Z
• Nombre de neutrons = A - Z
• Nombre d'electrons (atome neutre) = Z

Formule : N (neutrons) = A - Z

Piege a eviter : Dans la notation AZX, A est EN HAUT et Z est EN BAS. Ne pas les inverser.

Tip 3 — Configuration electronique

A retenir : Les electrons se repartissent sur des couches (K, L, M...).

• Couche K (n=1) : max 2 electrons
• Couche L (n=2) : max 8 electrons
• Pour Na, Cl et Ar, le modèle simplifié donne respectivement 1, 7 et 8 électrons sur la troisième couche ; sa capacité générale n’est pas limitée à 8

Exemples : Na (Z=11) : (2,8,1). Cl (Z=17) : (2,8,7). Ar (Z=18) : (2,8,8) — configuration particulièrement stable dans les conditions usuelles.

Piege a eviter : Utiliser les répartitions fournies pour les premiers éléments étudiés ; ne pas étendre cette règle simplifiée à tous les éléments.

Tip 4 — Tableau periodique

A retenir : Le tableau periodique classe les elements par Z croissant. Les familles du tableau rassemblent des propriétés chimiques voisines. Pour Li/Na/K, on retrouve un électron externe ; He est un cas particulier parmi les gaz nobles avec deux électrons. Les elements d'une meme LIGNE (periode) ont le meme nombre de couches electroniques.

Piege a eviter : Dans le tableau periodique, les elements sont classes par Z croissant (pas par A). Z definit l'element, A peut varier (isotopes).

Tip 5 — Ions

A retenir :

• Ion : entité chimique chargée ; un ion monoatomique correspond à un atome ayant perdu ou gagné des électrons.
• Cation (ion +) : a perdu des electrons. Ex : Na → Na⁺ (perd 1e⁻)
• Anion (ion -) : a gagne des electrons. Ex : Cl → Cl⁻ (gagne 1e⁻)
• Pour un ion monoatomique : nombre d’électrons = Z − nombre de charges élémentaires (avec signe)

Formule : Nb electrons d'un ion = Z - nombre de charges élémentaires de l’ion (avec signe)

Piege a eviter : Un ion positif (cation) a MOINS d'electrons que de protons. Un ion negatif (anion) en a PLUS.

Drag the Words — Texte a trous

Exercice 1 — Constitution de l'atome

L'atome est forme d'un noyau central contenant des protons (charge positive) et des neutrons (charge nulle). Autour du noyau gravitent des electrons de charge negative. Un atome est neutre car il contient autant de protons que d'electrons. Le numero atomique Z represente le nombre de protons. Le nombre de masse A = protons + neutrons.

Feedback reussi : "Parfait ! Tu maitrises la constitution de l'atome et le role de chaque particule." Feedback incomplet : "Relis le Tip 1. Noyau = protons (+) + neutrons (0). Couche = electrons (-). Atome neutre : nb protons = nb electrons."

Exercice 2 — Notation AZX

Dans la notation ᴬ_Z X, A est le nombre de masse (en haut) et Z est le numero atomique (en bas). Pour l'atome ²³₁₁Na : Z = 11 protons, A = 23, donc nombre de neutrons N = A - Z = 23 - 11 = 12 neutrons. L'atome neutre de sodium a donc 11 electrons.

Feedback reussi : "Bravo ! Tu sais lire et utiliser la notation atomique AZX." Feedback incomplet : "Relis le Tip 2. A en haut = protons + neutrons. Z en bas = protons. N = A - Z."

Exercice 3 — Configuration electronique

Les electrons se repartissent sur des couches electroniques. La premiere couche peut contenir au maximum 2 electrons. La deuxieme couche peut en contenir au maximum 8. Pour le chlore (Z=17), la configuration est (2,8,7). Sa couche externe contient 7 electrons, ce qui explique qu'il cherche a en gagner 1 pour saturer sa couche externe.

Feedback reussi : "Excellent ! Tu sais determiner la configuration electronique d'un atome." Feedback incomplet : "Relis le Tip 3. Couche 1 : max 2. Couche 2 : max 8. Pour le chlore, sept électrons occupent la troisième couche dans le modèle fourni. Cl (Z=17) : 2+8=10, il reste 7 pour la couche 3."

Exercice 4 — Isotopes

Deux atomes isotopes ont le meme numero atomique Z (meme element) mais des nombres de masse A differents. Cela signifie qu'ils ont des nombres de neutrons differents. Par exemple, ¹H (protium) et ²H (deuterium) sont deux isotopes de l'hydrogene : tous deux ont 1 proton mais l'un a 0 neutron et l'autre en a 1.

Feedback reussi : "Parfait ! Tu comprends la notion d'isotopes et ce qui les distingue." Feedback incomplet : "Relis la Question 5 et le Tip 1. Isotopes = meme Z, A differents → nombre de neutrons different."

Exercice 5 — Ions et tableau periodique

Un ion monoatomique correspond à un atome ayant perdu ou gagné des electrons. Na (Z=11) perd un électron pour former Na⁺, qui possède 10 électrons comme le neon (Z=10), répartis (2,8). Cl (Z=17) gagne un électron pour former Cl⁻, qui possède 18 électrons comme l’argon (Z=18), répartis (2,8,8). Les deux ions ont donc des nombres d’électrons differents.

Feedback reussi : "Bravo ! Tu comprends la formation des ions et leur lien avec la configuration des gaz nobles." Feedback incomplet : "Relis les Tips 4 et 5. Les ions se forment pour atteindre la configuration d'un gaz noble (couche externe saturee)."