Lewis et polarité : exercices de sciences physiques en première – PDF gratuit à télécharger et imprimer

Dire si chaque affirmation est vraie ou fausse, en justifiant.

1. Un doublet non liant appartient à un seul atome.
2. Un atome de carbone forme en général quatre liaisons covalentes.
3. La molécule de CO₂ est polaire parce qu’elle contient des liaisons polarisées.
4. L’électronégativité augmente de gauche à droite dans une période.
5. Dans le schéma de Lewis de l’eau, l’oxygène porte deux doublets liants et deux doublets non liants.

Pour les atomes H (Z = 1), C (Z = 6), N (Z = 7), O (Z = 8), F (Z = 9) et Cl (Z = 17) :

1. Écrire la structure électronique.
2. Donner le nombre d’électrons de valence.
3. En déduire le nombre de liaisons covalentes que chaque atome forme pour respecter le duet ou l’octet.

Justifier la formation des ions Na⁺ (Z = 11), Mg²⁺ (Z = 12), O²⁻ (Z = 8) et Cl⁻ (Z = 17) en écrivant la structure électronique de chaque atome et de chaque ion, et en citant le gaz noble dont la structure est atteinte.

Établir le schéma de Lewis de H₂, Cl₂, HCl et F₂ en indiquant, pour chacune, le nombre total d’électrons de valence, le nombre de doublets, de doublets liants et de doublets non liants.

Établir le schéma de Lewis de H₂O et de NH₃ en détaillant le décompte des électrons de valence.

Le méthanal (ou formaldéhyde) a pour formule CH₂O, C étant l’atome central.

1. Calculer le nombre total d’électrons de valence et de doublets.
2. Proposer son schéma de Lewis (une liaison double est nécessaire).
3. Vérifier que chaque atome respecte la règle du duet ou de l’octet.

Établir le schéma de Lewis de N₂, de HCN (H–C–N) et de C₂H₄ (éthène, chaque C lié à deux H et à l’autre C). Préciser la nature des liaisons (simple, double, triple).

Établir le schéma de Lewis de l’ion ammonium NH₄⁺, de l’ion hydroxyde HO⁻ et de l’ion oxonium H₃O⁺. Donner la géométrie de NH₄⁺ et de H₃O⁺.

1. Calculer le nombre total d’électrons de valence de NF₃ et le nombre de doublets.
2. Combien de doublets non liants faut-il ajouter ? Les placer sur chaque atome.
3. Quelle est la géométrie de la molécule ?

Pour CH₄, NH₃, H₂O, CO₂ et CH₂O, déterminer le nombre de directions de doublets autour de l’atome central, puis donner la géométrie et la valeur approchée de l’angle.

1. Pour chacune des trois molécules, donner le nombre de doublets liants et de doublets non liants de l’atome central.
2. Quelle relation observe-t-on entre le nombre de doublets non liants et l’angle ?
3. Proposer une explication à partir de la répulsion entre doublets.

1. Décrire l’évolution de χ de Li à F.
2. Dans la colonne des halogènes, χ vaut 3,98 (F), 3,16 (Cl), 2,96 (Br) et 2,66 (I). Comment évolue-t-elle quand Z augmente dans la colonne ?
3. Classer par électronégativité croissante N, O, F, Cl et Na (χ(Na) = 0,93).

Pour chacune des liaisons C–H, O–H, C–O, C–Cl, N–H et C–C :

1. Calculer l’écart d’électronégativité Δχ.
2. Dire si la liaison est polarisée.
3. Si elle l’est, indiquer l’atome qui porte δ− et celui qui porte δ+.

1. Calculer Δχ pour HF, HCl, HBr et HI à l’aide des valeurs de l’énoncé (χ(F) = 3,98 ; χ(Cl) = 3,16 ; χ(Br) = 2,96 ; χ(I) = 2,66 ; χ(H) = 2,20) et vérifier la position des points.
2. Décrire la tendance du graphique.
3. Calculer le rapport μ ÷ Δχ pour HF, puis estimer le moment dipolaire d’une liaison H–X fictive telle que Δχ = 1,2.

Pour CO₂, H₂O, CH₄, NH₃, CCl₄, CH₃Cl et HCl, indiquer si la molécule est polaire ou apolaire en justifiant par la géométrie et les liaisons.

On approche une règle en plastique frottée d’un mince filet d’eau qui s’écoule d’un robinet : le filet est nettement attiré par la règle. Avec un filet de cyclohexane C₆H₁₂ (liquide dont les molécules sont apolaires), le filet n’est pas dévié.

1. Expliquer la déviation du filet d’eau en faisant intervenir la polarité de la molécule.
2. La règle frottée peut être chargée positivement ou négativement : le filet d’eau est attiré dans les deux cas. Pourquoi ?
3. Prévoir ce qui se passe pour l’éthanol C₂H₅OH et pour le tétrachlorométhane CCl₄.

Considérons CCl₄, CHCl₃ et CH₂Cl₂.

1. Établir le schéma de Lewis de CH₂Cl₂.
2. Quelle est la géométrie commune de ces trois molécules ?
3. Lesquelles sont polaires ? Justifier.

1. Calculer le nombre d’électrons de valence de C₂H₂Cl₂ et vérifier la cohérence du schéma (doublets liants, doublets non liants).
2. Les moments dipolaires mesurés sont 1,9 D pour l’un des isomères et 0 D pour l’autre. Attribuer chaque valeur à A ou B en justifiant par les vecteurs des liaisons C–Cl.

L’éthanol a pour formule semi-développée CH₃–CH₂–OH.

1. Établir son schéma de Lewis complet.
2. Donner la géométrie autour de chacun des trois atomes C, C et O.
3. Repérer les liaisons polarisées et dire si la molécule est polaire.

Un élève affirme : « Le dioxyde de carbone O=C=O est apolaire, donc le sulfure de carbonyle O=C=S, qui a la même forme, est apolaire aussi. » Discuter cette affirmation en établissant le schéma de Lewis de COS (C central), sa géométrie et la polarité de ses liaisons, avec χ(S) = 2,58 et χ(O) = 3,44.