Lycée – 1re générale – Physique-Chimie – exercice reconnaitre la geometrie des molécules

Exercice 1 — Identifier la géométrie des molécules simples

Objectif pédagogique : Reconnaître la géométrie des molécules en fonction de la théorie de la répulsion des paires électroniques de la couche de valence (RPECV).
Consigne pour l’élève : Pour chaque molécule donnée, déterminez sa géométrie en utilisant la théorie RPECV.
Exercice à réaliser :

1. Molécule : CH₄ (méthane)

   • Nombre d’atomes centraux : 1 (carbone)
   • Nombre de paires électroniques autour du carbone : 4 (4 liaisons simples)
   • Géométrie attendue : ?

2. Molécule : H₂O (eau)

   • Nombre d’atomes centraux : 1 (oxygène)
   • Nombre de paires électroniques autour de l’oxygène : 4 (2 liaisons + 2 doublets non liants)
   • Géométrie attendue : ?

3. Molécule : NH₃ (ammoniac)

   • Nombre d’atomes centraux : 1 (azote)
   • Nombre de paires électroniques autour de l’azote : 4 (3 liaisons + 1 doublet non liant)
   • Géométrie attendue : ?

Matériel requis : Aucun
Temps estimé : 10 minutes
Corrigé détaillé :

1. CH₄ : Tétraédrique (4 paires électroniques, aucune répulsion supplémentaire).
2. H₂O : Angulaire (2 paires liantes et 2 doublets non liants, répulsion maximale entre doublets non liants).
3. NH₃ : Pyramidale (3 paires liantes et 1 doublet non liant, répulsion entre doublet non liant et paires liantes).

Différenciation pédagogique :

• Remédiation : Fournir un rappel sur la théorie RPECV et les exemples de géométries (linéaire, angulaire, tétraédrique).
• Approfondissement : Demander aux élèves de justifier leur réponse en détaillant les angles de liaison.

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Exercice 2 — Comparer les géométries de molécules isomères

Objectif pédagogique : Analyser l’impact des doublets non liants sur la géométrie des molécules.
Consigne pour l’élève : Comparez les géométries des deux molécules isomères suivantes et expliquez les différences.
Exercice à réaliser :

1. Molécule A : CO₂ (dioxyde de carbone)

   • Structure : O=C=O
   • Nombre de paires électroniques autour du carbone : 2 (2 liaisons doubles)
   • Géométrie attendue : ?

2. Molécule B : CS₂ (disulfure de carbone)

   • Structure : S=C=S
   • Nombre de paires électroniques autour du carbone : 2 (2 liaisons doubles)
   • Géométrie attendue : ?

Matériel requis : Aucun
Temps estimé : 15 minutes
Corrigé détaillé :

1. CO₂ : Linéaire (2 paires électroniques, aucune répulsion supplémentaire).
2. CS₂ : Linéaire (2 paires électroniques, mais les atomes de soufre sont plus gros, ce qui peut influencer les angles de liaison).

Différenciation pédagogique :

• Remédiation : Fournir un schéma simplifié des molécules pour visualiser les liaisons.
• Approfondissement : Demander aux élèves de calculer les angles de liaison théoriques et de les comparer aux valeurs expérimentales.

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Exercice 3 — Prédire la géométrie d’une molécule complexe

Objectif pédagogique : Appliquer la théorie RPECV à des molécules plus complexes avec des atomes centraux multiples.
Consigne pour l’élève : Prédisez la géométrie de la molécule SF₄ (tétrafluorure de soufre) en utilisant la théorie RPECV.
Exercice à réaliser :

1. Molécule : SF₄

   • Nombre d’atomes centraux : 1 (soufre)
   • Nombre de paires électroniques autour du soufre : 5 (4 liaisons + 1 doublet non liant)
   • Géométrie attendue : ?

2. Justifiez votre réponse en expliquant la répartition des paires électroniques et les angles de liaison.

Matériel requis : Aucun
Temps estimé : 20 minutes
Corrigé détaillé :

1. SF₄ : Géométrie bipyramide à base carrée (5 paires électroniques, avec un doublet non liant en position équatoriale pour minimiser les répulsions).
2. Justification : Les 4 liaisons S-F forment un plan carré, et le doublet non liant occupe une position équatoriale pour réduire les répulsions avec les paires liantes.

Différenciation pédagogique :

• Remédiation : Fournir un exemple simplifié (comme SF₄) avec une explication étape par étape.
• Approfondissement : Demander aux élèves de prédire la géométrie d’une molécule similaire (comme ClF₃) et de comparer les résultats.

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Ressources complémentaires :