De la structure des entités aux propriétés physiques — exercices corrigés

Que mesure l'électronégativité $\chi$ d'un atome ?

Dans la classification périodique, comment varie l'électronégativité sur une période (de gauche à droite) ?

Quel est l'élément le plus électronégatif de la classification périodique ?

« La liaison dans la molécule de dichlore $\text{Cl}-\text{Cl}$ est apolaire. »

Dans une liaison polarisée, quel atome porte la charge partielle négative ${\delta }^{-}$ ?

« Dans , le chlore est un ion ${\text{Cl}}^{-}$. »

Une molécule est dite polaire lorsque :

« La molécule de dioxyde de carbone ${\text{CO}}_2$ est apolaire. »

« La molécule d'eau ${\text{H}}_2\text{O}$ est polaire. »

Les interactions intermoléculaires s'exercent :

On donne $\chi (\text{H})=\mathrm{2,2}$ et $\chi (\text{Cl})=\mathrm{3,2}$. Calcule la différence d'électronégativité $\mathrm{\Delta }\chi$ de la liaison $\text{H}-\text{Cl}$.

Une liaison hydrogène peut se former lorsqu'un atome d'hydrogène est lié à l'un de ces atomes :

« La liaison hydrogène est l'interaction intermoléculaire la plus intense. »

« Une liaison hydrogène est aussi forte qu'une liaison covalente $\text{O}-\text{H}$. »

D'après la règle « qui se ressemble s'assemble », une espèce polaire se dissout bien dans :

Deux liquides sont dits miscibles lorsqu'ils :

« L'eau et l'huile sont non miscibles. »

Quel matériel utilise-t-on pour réaliser une extraction liquide-liquide ?

« Dans une ampoule à décanter, la phase la moins dense se place au-dessus. »

La solubilité d'un sel dans l'eau est $s=360\text{ g/L}$. Quelle masse maximale (en g) de ce sel peut-on dissoudre dans $V=\mathrm{0,50}\text{ L}$ d'eau ?

Classe ces atomes par électronégativité croissante : oxygène $\text{O}$, hydrogène $\text{H}$, fluor $\text{F}$, sodium $\text{Na}$.

On donne : $\chi (\text{H})=\mathrm{2,2}$ ; $\chi (\text{Cl})=\mathrm{3,2}$ ; $\chi (\text{F})=\mathrm{4,0}$ ; $\chi (\text{C})=\mathrm{2,6}$. Quelle liaison est la plus polarisée ?

« Le méthane ${\text{CH}}_4$ est apolaire bien que ses liaisons $\text{C}-\text{H}$ soient (faiblement) polarisées. »

Le méthane ${\text{CH}}_4$ est apolaire. Pourquoi le chlorométhane ${\text{CH}}_3\text{Cl}$ est-il, lui, polaire ?

Parmi les alcanes linéaires méthane ${\text{CH}}_4$, butane ${\text{C}}_4{\text{H}}_{10}$ et octane ${\text{C}}_8{\text{H}}_{18}$, lequel a la température d'ébullition la plus élevée ?

« L'eau ($M=18\text{ g/mol}$) bout bien plus haut que le méthane ($M=16\text{ g/mol}$) à cause des liaisons hydrogène. »

L'éthanol ${\text{CH}}_3{\text{CH}}_2\text{OH}$ ($T_{\acute{\text{e}}\text{b}}=78\mathrm{°}\text{C}$) et l'éther diméthylique ${\text{CH}}_3{\text{OCH}}_3$ ($T_{\acute{\text{e}}\text{b}}=-24\mathrm{°}\text{C}$) ont la même formule brute ${\text{C}}_2{\text{H}}_6\text{O}$. Pourquoi l'éthanol bout-il bien plus haut ?

Le diiode ${\text{I}}_2$ est une espèce apolaire. Dans lequel de ces solvants se dissout-il le mieux ?

Le chlorure de sodium $\text{NaCl}$ est un composé ionique (très « polaire »). Dans lequel de ces milieux se dissout-il le mieux ?

« L'eau et l'éthanol sont miscibles en toutes proportions. »

On agite une solution aqueuse avec du cyclohexane (densité $\mathrm{0,78}$) dans une ampoule à décanter. Où se trouve la phase organique (cyclohexane) après décantation ? ($d_{\text{eau}}=\mathrm{1,00}$)

On extrait avec du dichlorométhane (densité $\mathrm{1,33}$) une espèce dissoute dans l'eau ($d_{\text{eau}}=\mathrm{1,00}$). Après décantation, la phase organique se trouve :

« Pour extraire une espèce d'une solution aqueuse, le solvant d'extraction doit être miscible avec l'eau. »

La solubilité d'un sucre dans l'eau est $s=\mathrm{1,8}\text{ kg/L}$. Quelle masse maximale (en g) de ce sucre peut-on dissoudre dans $V=\mathrm{5,0}\text{ mL}$ d'eau ?

On dissout au maximum $m=\mathrm{4,8}\text{ g}$ d'une espèce de masse molaire $M=60\text{ g/mol}$ dans $V=100\text{ mL}$ d'eau. Quelle est la concentration maximale (en mol/L) ainsi obtenue ?

« Dans ${\text{CO}}_2$, les liaisons $\text{C}=\text{O}$ sont polarisées mais la molécule est apolaire. »

Deux espèces moléculaires ont des interactions intermoléculaires d'intensités différentes. Celle dont les interactions sont les plus fortes aura :

Au souk de Fès, un marchand constate qu'une essence parfumée (apolaire) se dissout bien dans l'huile mais pas dans l'eau. Comment l'expliquer ?

« Les moments dipolaires de liaison sont des vecteurs : dans une géométrie symétrique, leur somme peut être nulle. »

Un volume $V=50\text{ mL}$ de cyclohexane a une masse $m=39\text{ g}$. Le même volume d'eau a une masse de $50\text{ g}$. Quelle est la densité du cyclohexane par rapport à l'eau ?

En TP au lycée à Marrakech, Salma écrit la molécule au tableau, puis annonce : « Le chlore porte un ${\delta }^{-}$, donc dans $\text{HCl}$ il y a un ion ${\text{Cl}}^{-}$ et un ion ${\text{H}}^{+}$. » A-t-elle raison ?

Yasmine étudie le dioxyde de carbone . Elle raisonne : « Chaque liaison $\text{C}=\text{O}$ a un moment dipolaire d'intensité $p$. Il y en a deux, donc le moment dipolaire de la molécule vaut $2p$ : ${\text{CO}}_2$ est donc polaire. » A-t-elle raison ?

Karim révise les liaisons hydrogène à Casablanca. Il affirme : « La liaison hydrogène entre deux molécules d'eau, c'est exactement la même chose qu'une liaison covalente $\text{O}-\text{H}$ : il faut donc casser des liaisons covalentes pour faire bouillir l'eau. » A-t-il raison ?

Amine compare l'eau ${\text{H}}_2\text{O}$ ($M=18\text{ g/mol}$) et le méthane ${\text{CH}}_4$ ($M=16\text{ g/mol}$). Il conclut : « Leurs masses molaires sont presque égales, donc leurs températures d'ébullition doivent être à peu près les mêmes. » A-t-il raison ?

Au laboratoire à Rabat, Salma extrait une espèce d'une solution aqueuse avec du dichlorométhane (densité $\mathrm{1,33}$, non miscible avec l'eau). Elle annonce : « La phase organique surnage toujours, donc je récupère la couche du haut par le robinet du bas. » A-t-elle raison ?

Au lycée à Rabat, Yasmine veut extraire le diiode ${\text{I}}_2$ (apolaire) d'une solution aqueuse. Elle hésite entre le cyclohexane (apolaire, densité $\mathrm{0,78}$, non miscible avec l'eau) et l'éthanol (polaire, miscible avec l'eau). Données : $d_{\text{eau}}=\mathrm{1,00}$.

Choisis le solvant adapté en justifiant par deux critères, puis indique où se trouvera la phase organique après décantation et comment la récupérer.

Amine compare trois espèces : le propane ${\text{C}}_3{\text{H}}_8$ ($M=44\text{ g/mol}$, aucune liaison hydrogène), l'éthanol ${\text{C}}_2{\text{H}}_6\text{O}$ ($M=46\text{ g/mol}$, groupe $\text{O}-\text{H}$) et le propan-1-ol ${\text{C}}_3{\text{H}}_8\text{O}$ ($M=60\text{ g/mol}$, groupe $\text{O}-\text{H}$).

Classe ces trois espèces par température d'ébullition croissante en justifiant le rôle des van der Waals et des liaisons hydrogène.

Au souk de Fès, un parfumeur dissout une essence de fleur d'oranger (apolaire) dans de l'huile, puis souhaite récupérer l'essence dans un solvant qui s'évaporera facilement. Karim lui propose : « Ajoute de l'eau, agite, l'essence passera dans l'eau et tu pourras la séparer. »

Le raisonnement de Karim est-il correct ? Justifie, et propose une démarche correcte.

La molécule d'ammoniac ${\text{NH}}_3$ est pyramidale (l'azote porte un doublet non liant). Les liaisons $\text{N}-\text{H}$ sont polarisées. La molécule est-elle polaire ?

Une solution aqueuse contient $n=\mathrm{2,0}\times {10}^{-2}\text{ mol}$ de diiode. On l'agite avec du cyclohexane : à l'équilibre, $80\mathrm{\%}$ du diiode est passé dans la phase organique. Quelle quantité de diiode (en mol) se trouve alors dans le cyclohexane ?

« Réaliser deux extractions successives avec un volume de solvant donné permet d'extraire plus d'espèce qu'une seule extraction utilisant ce même volume en une fois. »

Le sulfure d'hydrogène ${\text{H}}_2\text{S}$ ($M=34\text{ g/mol}$) bout à $-60\mathrm{°}\text{C}$, alors que l'eau ${\text{H}}_2\text{O}$ ($M=18\text{ g/mol}$), pourtant plus légère, bout à $+100\mathrm{°}\text{C}$. Quelle est l'explication ?

Pour extraire une espèce d'une solution aqueuse, un bon solvant d'extraction doit réunir DEUX conditions. Lesquelles ?

On donne : $\chi (\text{O})=\mathrm{3,4}$ et $\chi (\text{H})=\mathrm{2,0}$. Calcule la différence d'électronégativité $\mathrm{\Delta }\chi$ de la liaison $\text{O}-\text{H}$.

« Les interactions de van der Waals existent entre toutes les molécules, même apolaires, tandis que la liaison hydrogène n'existe que pour certaines. »

À Ifrane en hiver, l'eau d'un lac gèle. Quelle interaction est principalement responsable de la cohésion entre les molécules d'eau dans la glace et de la $T_{\text{fusion}}$ relativement élevée de l'eau ?

Une phase aqueuse contient initialement $m=25\text{ mg}$ d'une espèce. Après une extraction, $80\mathrm{\%}$ de cette espèce est passée dans le solvant organique. Quelle masse (en mg) reste-t-il dans la phase aqueuse ?

On compare le butane ${\text{C}}_4{\text{H}}_{10}$ ($M=58$, pas de liaison hydrogène) et l'éthanol ${\text{C}}_2{\text{H}}_6\text{O}$ ($M=46$, liaison hydrogène). Lequel a la température d'ébullition la plus élevée et pourquoi ?

Karim affirme : « ${\text{CO}}_2$ contient deux liaisons polarisées, donc c'est forcément une molécule polaire. » A-t-il raison ?

On extrait une espèce dans $V_{\text{org}}=50\text{ mL}$ de cyclohexane. La phase organique contient $n=\mathrm{6,0}\times {10}^{-3}\text{ mol}$ d'espèce extraite. Quelle est la concentration (en mol/L) de l'espèce dans le cyclohexane ?

Parmi ces couples de liquides, lequel est non miscible ?

« Dans une extraction, la phase organique se trouve toujours au-dessus de la phase aqueuse. »

Pourquoi le sel $\text{NaCl}$ se dissout-il très bien dans l'eau et pas du tout dans l'huile ?

Une espèce de masse molaire $M=150\text{ g/mol}$ est extraite dans le cyclohexane : la phase organique contient $n=\mathrm{2,0}\times {10}^{-3}\text{ mol}$ de cette espèce. Quelle masse (en g) d'espèce a-t-on extraite ?

Parmi ces molécules, laquelle est apolaire ?