3e Physique-Chimie Exercices Gratuit

Exercices corrigés — Atomes, molécules et ions

Recevoir cette fiche en PDF (corrigés inclus)

Aller à un exercice
  1. Exercice 1 : Qui est neutre, qui est chargé ?
  2. Exercice 2 : Les petits chiffres d'une formule
  3. Exercice 3 : Le chapitre en un paragraphe
  4. Exercice 4 : Les modèles du laboratoire
  5. Exercice 5 : L'étiquette d'une eau minérale
  6. Les trois réflexes à retenir

Un contrôle bientôt ? Faire mon plan de révision

Atome, molécule, ion : ce sont les trois entités chimiques du programme, c’est-à-dire les trois sortes de constituants dont la matière est faite. Elles sont bâties avec les mêmes briques, et pour les distinguer on regarde deux choses : combien d’atomes, et quel est le bilan des charges. C’est le vocabulaire de base de toute la chimie du collège, et il revient dès qu’il faut lire une formule, une étiquette ou le résultat d’une expérience. Les trois premiers exercices vérifient que le cours est compris, sans calcul : deux quiz et un texte à trous, corrigés dès que tu valides. Les deux suivants se rédigent comme en contrôle, avec un corrigé écrit comme au tableau.

Atome, molécule, ion

Les mêmes briques, protons, neutrons et électrons : pour les distinguer, on compte les atomes, puis les charges.

L’atome

Le noyau rassemble les protons, de charge positive, et les neutrons, qui n’ont pas de charge. Les électrons, de charge négative, se déplacent autour de lui.

Un atome compte autant d’électrons que de protons : les charges se compensent, il est électriquement neutre.

La molécule et sa formule

Une molécule est un assemblage d’atomes liés entre eux, sans charge. Dans sa formule, l’indice écrit en bas à droite compte les atomes du symbole juste avant lui : CO2 réunit 1 atome de carbone et 2 atomes d’oxygène.

Le nombre écrit devant la formule compte les molécules : 3 CO2 désigne 3 molécules.

L’ion

Un ion est un atome, ou un groupe d’atomes liés, qui a perdu ou gagné des électrons. Sa charge s’écrit en haut à droite.

Perdre des électrons donne un ion positif (un cation), en gagner donne un ion négatif (un anion). Le noyau, lui, n’est pas modifié.

L’élément et son symbole

Dans la classification périodique, chaque case donne le numéro atomique, le symbole et le nom d’un élément chimique. Le numéro atomique est le nombre de protons du noyau.

Un symbole s’écrit avec une majuscule, suivie d’une minuscule s’il a deux lettres : Ca, Na, Cl.

La carte du chapitre : ce qu’il faut avoir sous les yeux pour faire les cinq exercices.

Avant de te lancer : pour les exercices 4 et 5, cherche au brouillon avant d’ouvrir le corrigé : c’est en te trompant que tu progresses. Les exercices réussis se cochent au fur et à mesure, et la page retient où tu en es.

Exercice 1

Qui est neutre, qui est chargé ?

★★★

Quiz de compréhension du cours

  1. Un atome est électriquement neutre. Qu'est-ce que cela signifie exactement ?
  2. Deux entités chimiques ont exactement le même noyau : 8 protons et 8 neutrons. La première possède 8 électrons, la seconde en possède 10. Que peut-on dire ?
  3. Pourquoi un ion qui a perdu des électrons porte-t-il une charge positive ?
  4. Sur une étiquette d'eau minérale, on lit « potassium K+ ». Que nous apprend le signe « + » écrit en haut à droite ?

Exercice 2

Les petits chiffres d'une formule

★★★

Quiz : symboles, indices et charges

  1. Dans la formule du méthane CH4, que compte l'indice 4 écrit en bas à droite ?
  2. L'ion sulfate a pour formule SO42−. Pourquoi dit-on que c'est un groupe d'atomes, et non un atome ?
  3. Dans la classification périodique, on lit la case « 17 · Cl · chlore ». Que représente le nombre 17 ?
  4. L'atome de potassium K et l'ion potassium K+ ont le même noyau. Relèvent-ils du même élément chimique ?

Exercice 3

Le chapitre en un paragraphe

★★★

Le cours en un texte à trous

Un atome est constitué d'un . Le noyau rassemble des protons, de charge positive, et des neutrons, qui n'ont pas de charge. Comme un atome compte autant d'électrons que de protons, il est électriquement . Une molécule, elle, est , et elle ne porte pas de charge. Dans une formule, le petit nombre écrit en bas à droite compte les atomes . Un ion se forme quand une entité gagne ou perd des  : un ion négatif en a . Comme le nombre de protons du noyau ne change pas, l'entité relève toujours du même qu'avant la transformation.

Exercice 4

Les modèles du laboratoire

★★★

Lire un modèle, écrire une formule

Au laboratoire, on représente les molécules avec des modèles moléculaires : chaque boule est un atome, chaque bâtonnet une liaison entre deux atomes. Trois modèles, notés A, B et C, sont posés sur la table.

ABC
  • boule noire : un atome de carbone
  • boule blanche : un atome d’hydrogène
  • boule rouge : un atome d’oxygène
  • boule bleue : un atome d’azote
Les trois modèles sortis de la boîte du laboratoire. Une boule représente un atome, un bâtonnet une liaison entre deux atomes.

Données. Symboles des éléments : carbone C\text{C}, hydrogène H\text{H}, oxygène O\text{O}, azote N\text{N}. Noms et formules de quelques molécules : dioxygène O2\text{O}_2, dihydrogène H2\text{H}_2, diazote N2\text{N}_2, eau H2O\text{H}_2\text{O}, dioxyde de carbone CO2\text{CO}_2, méthane CH4\text{CH}_4.

  1. Écrire la formule chimique de chacun des trois modèles.
  2. Nommer les trois molécules à l’aide des données.
  3. Combien d’atomes compte en tout une molécule du modèle B ? Préciser de quels éléments.
  4. Aucune des trois formules ne porte le signe ++ ni le signe −-. Qu’est-ce que cela indique sur ces trois entités ?
  5. Un élève écrit la formule du modèle A « Co2\text{Co}_2 ». Expliquer pourquoi cette écriture ne convient pas.
Voir le corrigé

1. On compte les boules de chaque couleur, on écrit le symbole de l’élément correspondant, puis l’indice qui donne le nombre d’atomes. Un seul atome ne prend pas d’indice.

  • Modèle A : 1 boule noire, donc 1 atome de carbone, et 2 boules rouges, donc 2 atomes d’oxygène. Sa formule est CO2\text{CO}_2.
  • Modèle B : 1 boule noire, donc 1 atome de carbone, et 4 boules blanches, donc 4 atomes d’hydrogène. Sa formule est CH4\text{CH}_4.
  • Modèle C : 2 boules bleues, donc 2 atomes d’azote. Sa formule est N2\text{N}_2.

2. D’après les données : le modèle A est le dioxyde de carbone, le modèle B le méthane et le modèle C le diazote.

ACO2BCH4CN2
  • boule noire : un atome de carbone
  • boule blanche : un atome d’hydrogène
  • boule rouge : un atome d’oxygène
  • boule bleue : un atome d’azote
Les trois modèles sortis de la boîte du laboratoire. Une boule représente un atome, un bâtonnet une liaison entre deux atomes.

3. Une molécule de méthane CH4\text{CH}_4 compte 1 atome de carbone et 4 atomes d’hydrogène, soit 1 atome+4 atomes=5 atomes1\ \text{atome} + 4\ \text{atomes} = 5\ \text{atomes} en tout, de deux éléments différents : le carbone et l’hydrogène.

4. La charge d’un ion s’écrit en haut à droite de sa formule. Aucune des trois formules n’en porte : ces trois entités sont électriquement neutres. Comme chacune réunit au moins deux atomes liés entre eux, ce sont bien des molécules, et non des ions ni des atomes isolés.

5. Un symbole chimique commence par une majuscule, suivie d’une minuscule s’il compte deux lettres. « Co\text{Co} » est donc un symbole à lui seul, celui du cobalt : l’écriture « Co2\text{Co}_2 » se lirait « deux atomes de cobalt liés entre eux ». Le modèle A réunit un atome de carbone et deux atomes d’oxygène : il s’écrit CO2\text{CO}_2, avec deux majuscules.

Réflexe à retenir : une formule se lit de gauche à droite, symbole par symbole, et l’indice ne concerne que le symbole qu’il suit.

Exercice 5

L'étiquette d'une eau minérale

★★★

Type contrôle, avec un document à exploiter

Au supermarché, Léa compare les étiquettes des bouteilles d’eau. Celle qu’elle choisit donne la liste des entités chimiques dissoutes dans l’eau et leur teneur, c’est-à-dire la masse de chacune contenue dans un litre d’eau.

Source du Val Vert

Eau minérale naturelle · bouteille de 1,5 L

Analyse moyenne

  • Calcium Ca2+80 mg/L
  • Hydrogénocarbonate HCO3−350 mg/L
  • Magnésium Mg2+24 mg/L
  • Sulfate SO42−15 mg/L
  • Sodium Na+10 mg/L
  • Chlorure Cl−15 mg/L
  • Potassium K+4,0 mg/L
  • Nitrate NO3−3,0 mg/L

Résidu sec à 180 °C : 320 mg/L

L’étiquette de la bouteille. Les teneurs sont données en milligrammes par litre d’eau.

Données. Symboles des éléments : calcium Ca\text{Ca}, magnésium Mg\text{Mg}, sodium Na\text{Na}, potassium K\text{K}, chlore Cl\text{Cl}, soufre S\text{S}, azote N\text{N}, carbone C\text{C}, oxygène O\text{O}, hydrogène H\text{H}. Le numéro atomique du calcium est 2020.

  1. Relever, parmi les entités chimiques de l’étiquette, celles qui sont des cations et celles qui sont des anions. Justifier le classement.
  2. L’ion sulfate a pour formule SO4 2−\text{SO}_4^{\,2-}. Quels atomes, et combien, forment cet ion ?
  3. Combien d’électrons possède l’atome de calcium ? Combien l’ion calcium Ca2+\text{Ca}^{2+} en possède-t-il ? Et combien de protons ?
  4. Cette eau contient aussi des molécules d’eau H2O\text{H}_2\text{O}. Quels atomes forment une molécule d’eau ? Pourquoi ne porte-t-elle pas de charge ?
  5. Une publicité annonce « une eau riche en calcium ». Cette eau contient-elle des atomes de calcium ? Que contient-elle exactement ?
Voir le corrigé

1. Un cation est un ion positif, un anion un ion négatif : il suffit de regarder le signe de la charge écrite en haut à droite de chaque formule.

  • Cations (charge positive) : calcium Ca2+\text{Ca}^{2+}, magnésium Mg2+\text{Mg}^{2+}, sodium Na+\text{Na}^{+}, potassium K+\text{K}^{+}.
  • Anions (charge négative) : hydrogénocarbonate HCO3 −\text{HCO}_3^{\,-}, sulfate SO4 2−\text{SO}_4^{\,2-}, chlorure Cl−\text{Cl}^{-}, nitrate NO3 −\text{NO}_3^{\,-}.

L’étiquette mêle les deux : le classement se fait sur le signe de la charge, pas sur l’ordre des lignes.

2. Le symbole S\text{S} désigne le soufre, sans indice : 1 atome de soufre. Le symbole O\text{O} porte l’indice 4 : 4 atomes d’oxygène. L’ion sulfate réunit donc 1 atome+4 atomes=5 atomes1\ \text{atome} + 4\ \text{atomes} = 5\ \text{atomes} liés entre eux, et l’ensemble porte 2 charges négatives : c’est un groupe d’atomes, pas un atome.

3. Le numéro atomique du calcium est 20 : le noyau de l’atome de calcium compte 20 protons. Un atome est électriquement neutre, donc il possède autant d’électrons que de protons, soit 20 électrons.

L’ion Ca2+\text{Ca}^{2+} porte 2 charges positives : il lui manque 2 charges négatives, donc 2 électrons par rapport à l’atome.

20 eˊlectrons−2 eˊlectrons=18 eˊlectrons20\ \text{électrons} - 2\ \text{électrons} = 18\ \text{électrons}

L’ion calcium possède 18 électrons. Son noyau, lui, n’a pas changé : il compte toujours 20 protons.

Vérification des charges : 20 charges positives et 18 charges négatives donnent un bilan de 2 charges positives, ce qui correspond bien à l’écriture Ca2+\text{Ca}^{2+}.

4. La formule H2O\text{H}_2\text{O} se lit : 2 atomes d’hydrogène et 1 atome d’oxygène, soit 3 atomes liés entre eux. Aucune charge n’est écrite en haut à droite de cette formule : la molécule d’eau est électriquement neutre, comme toutes les molécules. Elle compte autant d’électrons que de protons.

5. Non : le calcium de cette eau n’est pas présent sous forme d’atomes de calcium, mais sous forme d’ions calcium Ca2+\text{Ca}^{2+}, à raison de 80 mg80\ \text{mg} par litre d’eau d’après l’étiquette. L’atome de calcium et l’ion calcium ont le même noyau, avec 20 protons : ils relèvent du même élément chimique, le calcium. C’est cet élément que la publicité désigne en parlant de « calcium ». En toute rigueur, l’étiquette est plus précise que la publicité : elle écrit « calcium Ca2+\text{Ca}^{2+} ».

Réflexe à retenir : un document ne se recopie pas, il se trie. Ici, une seule ligne de l’étiquette servait à la question 5, et la ligne « résidu sec » ne servait à aucune question.

Les trois réflexes à retenir

  1. Le signe dit ce qu’il reste, pas ce qui a été échangé. Un ion positif a perdu des électrons, un ion négatif en a gagné : ce sont les électrons qui sont échangés, pas les protons.
  2. L’indice ne concerne que le symbole juste avant lui. Dans CO2\text{CO}_2, le 2 compte les atomes d’oxygène ; un nombre écrit devant la formule, lui, compte les molécules.
  3. C’est le noyau qui décide de l’élément. L’atome de calcium et l’ion calcium Ca2+\text{Ca}^{2+} ont tous les deux 20 protons : même élément chimique, deux entités différentes.

Revoir le cours

← Tous les chapitres de Physique-Chimie 3e

Prépare le brevet

Ces exercices gratuits posent les réflexes. Fonce voir le livret « 7 jours pour cartonner au brevet » : un test pour savoir par où commencer, des exercices type brevet corrigés et un sujet blanc avec son barème.