Niveau : Moyen — Durée estimée : 45 min — 10 exercices avec corrections détaillées
Rappel des notions clés
La matière est constituée de minuscules particules appelées atomes. Un atome est composé d'un noyau (protons et neutrons) et d'électrons qui gravitent autour. Chaque atome est représenté par un symbole chimique (ex: O pour l'oxygène, H pour l'hydrogène).
Une molécule est un assemblage de plusieurs atomes liés entre eux. Sa formule chimique indique le type et le nombre d'atomes présents. Par exemple, H2O contient deux atomes d'hydrogène et un atome d'oxygène. Le petit chiffre en indice ne concerne que l'atome situé juste avant lui.
Un ion est un atome ou un groupe d'atomes qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons. S'il gagne des électrons (chargés négativement), il devient un ion négatif (anion). S'il en perd, il devient un ion positif (cation). La charge est indiquée en haut à droite du symbole (ex: Cl- ou Na+).
Formule : Atome neutre : autant de protons (+) que d'électrons (-). Ion : nombre d'électrons différent du nombre de protons.
Exercices — Niveau Facile
Exercice 1 : Identifie le nombre et le nom des atomes présents dans la molécule de méthane de formule CH4.
Correction :
Dans la formule CH4, on observe : 1. Le symbole C qui représente l'atome de carbone. Comme il n'y a pas de chiffre après, il y a 1 seul atome de carbone. 2. Le symbole H qui représente l'atome d'hydrogène, suivi du chiffre 4 en indice. La molécule contient donc 1 atome de carbone et 4 atomes d'hydrogène.
Exercice 2 : Un atome de fer possède 26 électrons. Sachant qu'un atome est électriquement neutre, combien possède-t-il de protons dans son noyau ?
Correction :
Par définition, un atome est neutre. Cela signifie que les charges positives du noyau (protons) compensent exactement les charges négatives (électrons). L'atome de fer possède donc 26 protons.
Exercice 3 : Classe les entités suivantes en deux catégories (Atomes et Molécules) : O, CO2, Fe, H2O, N, O3.
Correction :
Atomes (un seul symbole, une seule majuscule) : O (oxygène), Fe (fer), N (azote). Molécules (assemblage d'atomes) : CO2 (dioxyde de carbone), H2O (eau), O3 (ozone). On distingue l'atome par son symbole unique et la molécule par sa formule regroupant plusieurs symboles ou indices.
Exercices — Niveau Moyen
Exercice 4 : L'atome de chlore (Cl) gagne un électron pour devenir l'ion chlorure. Quelle est la formule de cet ion ? Est-ce un cation ou un anion ?
Correction :
L'électron porte une charge négative. Si l'atome gagne un électron, il possèd'une charge négative excédentaire. 1. Sa formule devient Cl-. 2. Comme il est chargé négativement, c'est un anion. L'ion chlorure a pour formule Cl- et c'est un anion.
Exercice 5 : Analyse de la molécule de glucose C6H12O6. Quel est le nombre total d'atomes dans cette molécule ?
Correction :
On décompose la formule :
- Carbone (C) : 6 atomes
- Hydrogène (H) : 12 atomes
- Oxygène (O) : 6 atomes
Exercice 6 : L'ion magnésium Mg2+ provient d'un atome de magnésium. Explique comment cet ion s'est formé à partir de l'atome.
Correction :
La charge 2+ indique l'entité possède deux charges positives de plus que de charges négatives. Comme le nombre de protons dans le noyau ne change jamais lors d'une réaction chimique, c'est le nombre d'électrons qui a varié. L'ion Mg2+ s'est formé car l'atome de magnésium a perdu 2 électrons.
Exercice 7 : Quelle est la différence entre 2 O et O2 ?
Correction :
2 O représente deux atomes d'oxygène séparés (le chiffre devant indique la quantité). O2 représente une molécule de dioxygène composée de deux atomes d'oxygène liés entre eux (l'indice indique la structure). Le premier désigne des entités indépendantes, le second une entité chimique unique.
Exercices — Niveau Difficile
Exercice 8 : L'ion sulfate a pour formule SO4 2-. Détaille la composition de cet ion (atomes et charges).
Correction :
L'ion sulfate est un ion polyatomique. Il est composé de :
- 1 atome de soufre (S).
- 4 atomes d'oxygène (O).
- L'ensemble du groupe d'atomes a gagné 2 électrons (indiqué par le 2-).
Exercice 9 : Un atome de cuivre possède 29 protons. L'ion cuivre II a pour formule Cu2+. Combien d'électrons cet ion possède-t-il ?
Correction :
1. L'atome neutre possède 29 protons et donc 29 électrons. 2. L'ion Cu2+ a perdu 2 électrons (charge positive prédominante). 3. Calcul : 29 - 2 = 27. L'ion cuivre II possède 27 électrons.
Exercice 10 : On mélange des ions sodium Na+ et des ions chlorure Cl- pour former un cristal de sel (chlorure de sodium). Pourquoi le cristal final est-il électriquement neutre ?
Correction :
Le cristal se forme par l'attraction entre les charges positives et négatives. Pour chaque ion Na+ (1 charge positive), il y a un ion Cl- (1 charge négative). 1 + (-1) = 0. Les charges se compensent exactement, rendant la matière solide neutre à notre échelle.
Attention : Ne confonds pas le chiffre devant la formule (coefficient) et le chiffre en petit en bas à droite (indice). Le coefficient multiplie toute la molécule, l'indice seulement l'atome précédent !
Bilan et conseils
Ce qu'il faut retenir : Tout ce qui nous entoure est un assemblage d'atomes. Les molécules sont des groupes d'atomes liés, tandis que les ions sont des atomes ayant perdu ou gagné des électrons. Maîtriser les symboles et les charges est la base de toute la chimie.
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