Transcript exoMQ2 - Chimie PC - Lycée Descartes

Exercices PC 2014-2015
Chapitre MQ2
Description quantique des molécules
Exercice 1 :
1) Tracer le diagramme d’OM de la molécule de dioxygène et expliquer les variations de distance
suivantes :
Espèce
O2
O2+ O2O22d (pm)
121 112 126 149
2) Le dioxygène est souvent qualifié de biradical. Justifier cette appellation. Quelle est la conséquence de
cette occupation électronique ?
Exercice 2 :
Le diagramme dit corrélé du diazote est fourni ci-dessous.
4
E
*
*
x
y
2p
2p
3
y
x
2
2s
2s
1
Diagramme calculé :
n°
occ
E(eV)
8
6.06
6à7
1.07
5
-14.30
3à4
-16.30
2
-21.40
1
-41.63
Pour ce diagramme on étudie l’interaction entre les orbitales atomiques 2s et 2p. Il est considéré une
interaction à 4 OA.
1) Combien d’OM peut-on construire par cette interaction à 4 OA ?
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2) Les localiser sur le diagramme.
3) On donne dans le désordre l’allure des OM calculés. Attribuer les à chaque niveau d’énergie.
4) Remplir et commenter le diagramme.
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Exercice 3 :
Le diagramme énergétique des OM de NO est donné ci-dessous :
E(eV)
5,83
0,05
-10,09
-16,72
-17,73
-18,89
1) Où se trouvent les OA 1s ?
2) Localiser sur le diagramme et dessiner les OM suivantes : σs, σs*, σp, σp*, πp et πp*.
3) Ecrire la configuration de l’état fondamental de NO.
4) Quelle propriété magnétique devrait-on observer pour cette molécule ?
5) L’ion NO+ serait-il plus stable ou moins stable que NO ?
Exercice 4 :
On souhaite étudier la molécule d’hydrure de lithium LiH. On connaît les niveaux d’énergie des OA
rentrant en jeu dans la construction des OM :
OA
1s(H)
1s(Li)
2s(Li)
Energie (eV)
-13,6
-67,3
-5,4
1) Déduire le nombre et la symétrie des OM formées en respectant les règles.
2) Tracer le diagramme énergétique des OM de LiH.
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Exercice 5 :
La molécule d'ammoniac a pour formule brute NH3. On se propose d'établir son diagramme d'OM à l'aide de la
méthode des fragments.
1. Donner la configuration électronique des atomes H et N. On rappelle les numéros atomiques suivants :
Z (H)  1 et Z (N)  7 .
2. Quelles sont les orbitales atomiques à prendre en compte pour former les orbitales moléculaires de la
molécule d'ammoniac ?
On considérera d'une part le fragment azote et d'autre part le fragment H3 constitué des trois atomes
d'hydrogène de la molécule.
Les orbitales du fragment azote à prendre en compte sont :
Les orbitales du fragment H3 à prendre en compte sont :
3. A partir de quelles OA de l’azote sont formées les orbitales hybrides sp+ et sp- ?
4. Les orbitales de fragments 2py et 2pz sont dites dégénérées. Qu’est-ce que cela signifie ? Justifier alors
cette dégénérescence.
5. Déterminer les interactions possibles entre les orbitales des deux fragments. Justifier alors que l'orbitale
de fragment sp- soit non liante.
6. Le diagramme d'orbitales moléculaires est fourni. Indiquer les interactions possibles et les OM en
resultant.
7. Procéder à son remplissage et comparer à la formule de Lewis de l'ammoniac.
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Exercice 6 :
La molécule d'éthylène est de formule brute C2 H4 . On se propose d'établir son diagramme d'OM à l'aide de la
méthode des fragments.
1. Donner la configuration électronique des atomes H et C. On rappelle les numéros atomiques suivants :
Z (H)  1 et Z (C)  6 .
2. Quelles sont les orbitales atomiques à prendre en compte pour former les orbitales moléculaires de la
molécule d'éthylène ?
3. En utilisant la méthode des fragments, on va associer deux fragments méthylène CH 2 pour former la
molécule d'éthylène. Justifier ce choix.
4. Les orbitales de chaque fragment méthylène sont les suivantes, en notant z l'axe de la liaison entre
les
deux fragments :
x
1
x
z
2
x
z
3
x
z
4
z
a) Quelles sont les orbitales atomiques qui constituent les orbitales 1 et 3 ?
b) Pour chaque orbitale i , préciser les éléments de symétrie présents.
c) Classer les orbitales i par ordre d'énergie croissant.
5. Le diagramme d'OM de la molécule d'éthylène est représenté ci-dessous. Procéder à son remplissage et
calculer l'indice de liaison de la molécule.
E
6. On donne les OM suivantes (il en manque une) :
Proposer une attribution avec les niveaux d’énergie du diagramme.
7. Peut-on commenter l’indice de liaison trouvé précédemment en précisant le type de liaison ?
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