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exercice 1 : l’arsenic
1. propriétés de l’élément Arsenic
correction concours blanc 1 chimie
1. nombre de protons : Z =33
nombre de neutrons de l’isotope stable A-Z= 42.
2. La structure électronique de l’atome d’arsenic à l’état fondamental est 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 4p 3 .
Il a cinq électrons de valence (dans les sous-couches 4s et 4p)
3. n=4 donc il appartient à la quatrième ligne de la classification périodique
ns 2 np 3 indique qu’il s trouve dans la quinzième colonne de la classification périodique
4. As 3+ est particulièrement stable car il n’a que des sous-couches totalement remplies ( structure
électronique à l’état fondamental est 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 4s 2 3d 10 ) de même que As 5+ (structure
électronique de l’atome d’arsenic à l’état fondamental est 1s 2 2s 2 2p 6 3s 2 3p 6 3d 10 ).
2. l’arsine AsH 3
5. As est dans la famille de l’azote donc la structure de Lewis pour la molécule d’arsine AsH 3 est
La molécule, de type AX3E, a une géométrie pyramidale.
6. L’angle mesuré attendu entre deux liaisons As-H dans la molécule d’arsine est de 109˚.
7. La température d’ébullition des hydrures de la famille de l’arsine est croissante, sauf pour
l’ammoniac (XH 3 ) qui présente une température d’ébullition particulièrement élevée. Ceci peut
être expliqué par la formation de liaisons hydrogènes entre les molécules d’ammoniac, l’azote étant
assez électronégatif. L’électronégativité diminue en descendant dans une colonne donc les liaisons
hydrogène se formeront moins facilement pour les autres hydrures considérés.
Ces liaisons devant être rompues pour passer de l’état liquide à l’état gazeux, la température
d’ébullition est particulièrement élevée pour l’ammoniac.
8. Les molécules XH 3 est polaire et AsH 3 est très légèrement polaire (conclure sur le sens de
son moment dipolaire nécessite de connaître les valeurs des électronégativités de H et As) :
Comme X est plus électronégatif que As, le moment dipolaire de XH 3 sera plus élevé que celui de
AsH 3 .
3. Cinétique de décomposition de l’arsine
9. v = k[AsH3 ] = − d[AsH3 ]
dt
Avec [AsH3 ] = nAsH3 V = P (AsH3 )
, on obtient
RT
k P (AsH 3 )
RT
= − 1 dP (AsH3 )
RT dt
dP (AsH 3 )
P (AsH 3 )
= −kt
P (AsH 3 ) = P0 exp(−kt)
1

10. L’équation de la réaction s’écrit, après équilibrage, AsH 3 (g) −−→ As(s) + 3
2 H 2 (g)
P = ntotal/:gaz P (AsH3 ) =
nAsH3 nAsH 3 (0) + 1
nAsH 3
où ξ est l’avancement de la réaction.
De plus, nAsH 3 = nAsH 3 (0) − ξ donc ξ = (P0 − P (AsH 3 )) V
RT
P = ( 3
2
P0
PAsH 3
− 1
2 )P (AsH 3 )
P = P0( 3 1
−
2 2 exp(−kt))
2 ξ
P (AsH3 )
Lorsque le temps tend vers l’infini, P tend vers 3
2 P0 (il y a une quantité de matière totale de gaz
3
fois plus importante qu’à t=0).
2
11. ln(3 − 2P
) = −kt donc k est l’opposée de la pente de la droite obtenue en traçant ln(3 − 2P
)
P0
en fonction de t.
exercice 2 : étude cristallographique du sulfure de zinc
1. a)
La coordinence des ions Zn 2+ par rapport aux ions S 2 – est le nombre d’ ions S 2 – plus proche
voisins d’un ion Zn 2+ donné.
Les ions Zn 2+ se trouvent dans des sites tétraédriques du réseau d’ions S 2 – donc leur coordinence
est 4.
La stoechiométrie étant 1ion S 2 – pour 1 ion S 2 – , la coordinence des ions S 2 – est nécessairement
aussi 4.
b) Le contact entre ions de signes opposés se fait suivant la diagonale d’un petit cube contenant
le site tétraédrique. r+ + r− = 1
2 a
√
3
2 .
Il n’y a pas contact entre anions donc 4r− < a √ 2
r+
r−
1
r−
> 2√2 a
+ 1 > 1
2 a
√
3
2 ∗ 2√2 a
2
P0

√
3
x > √ − 1
2
c) Dans la maille NaCl, le contact anion-cation est assuré si 2r+ + 2r− = a et la structure est
stable si, au minimum, les anions sont tangents suivant la diagonale d’une face de la maille cfc
usuelle, donc si 4r− ≤ a √ 2 ou encore r+
≥
r−
√ 2 − 1. ZnS ayant une coordinence inférieure, cette
√
3
condition n’est pas vérifiée donc √ − 1 <
2 r+
< √ 2 − 1
r−
d) -α. Dans la blende, x = 0, 40 .
-β. La compacité de la blende est le rapport du volume réellement occupé par les ions contenus
dans la maille et du volume de la maille. La multiplicité du motif ZnS est 4.
C = 4(V Zn 2+ + V S 2−)
Vmaille
=
4
3 π(4R3 + + 4R3 −)
a3 = 0, 53
masse du motif ∗ 4
-γ. La masse volumique ρ de la blende est ρ = =
Vmaille
2
2) a) démonstration dans le cours.c = 2a = 0.624nm
3
4 M(ZnS)
NA
a 3
= 3, 06.10 3 kg/m 3 .
b) La multiplicité de la maille h.c conventionnelle est 2. Elle contient donc deux ions sulfures.
Pour respecter la neutralité électrique de la maille, il faut deux ions zinc par maille donc 2 sites
tétraédriques sont occupés.
3