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Devoir surveillé — Ch04 · Atomes, molécules et ions

3e prépa-métiers · Durée : 45 min · /20

3e prépa-métiers  |  Physique-Chimie  |  La matière

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

Nom : Prénom : Classe : Date : Note : / 20
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Matériel : un stylo et un crayon à papier. Calculatrice inutile. Lis chaque question jusqu'au bout avant de répondre.

Rappels

Document commun — Extrait du tableau périodique

Socle Exercice 1 — L'atome (5 pts)

C1 · Voici le schéma d'un atome. Le dessin n'est pas à l'échelle.

1. (1,5 pt) Écris le nom de chaque partie. Choisis dans la liste : noyau – électron – vide.

A :   B :   C :

2. (1,5 pt) Complète avec : positive – négative – pas de charge.

Le proton a une charge .

Le neutron a .

L'électron a une charge .

3. (1 pt) L'atome d'aluminium a 13 protons dans son noyau.

a) Il a donc électrons.

b) Coche la bonne raison :
☐ Un atome a toujours 2 électrons.    ☐ Un atome a autant d'électrons que de protons.    ☐ Un atome n'a pas d'électrons.

4. (1 pt) Un atome mesure environ 10−10 m. Son noyau mesure environ 10−15 m.

a) Entoure le plus petit :   l'atome   /   le noyau

b) Aide : de −15 à −10, il y a 5 pas ; chaque pas, c'est « × 10 ». Coche la bonne réponse.
L'atome est environ   ☐ 5 fois    ☐ 100 fois    ☐ 100 000 fois   plus grand que son noyau.

Correction :

1. A : noyau ; B : électron ; C : vide (entre le noyau et les électrons, il n'y a rien). 0,5 pt par nom.

2. Le proton a une charge positive (+). Le neutron n'a pas de charge. L'électron a une charge négative (−). 0,5 pt par réponse.

3. a) 13 électrons (0,5 pt). b) Un atome a autant d'électrons que de protons (0,5 pt) : les 13 charges + et les 13 charges − s'annulent, l'atome est neutre.

4. a) Le noyau : −15 est plus petit que −10 (0,5 pt).
b) 100 000 fois : 5 pas, donc 10 × 10 × 10 × 10 × 10 = 105 = 100 000 (0,5 pt). Attention : « 5 fois » est faux, 5 est le nombre de pas.

Socle Exercice 2 — Le tableau périodique (5 pts)

C2 · Utilise l'extrait du tableau périodique (au début du devoir).

1. (3 pts) Complète le tableau. Une case est déjà remplie dans chaque ligne.

Nom de l'élémentSymboleNuméro atomique
Carbone
Sodium
Cl
K
12
2

2. (1 pt) Le numéro atomique donne le nombre de… (coche une case)
☐ neutrons dans le noyau    ☐ protons dans le noyau    ☐ molécules dans l'atome

3. (1 pt) Vrai ou faux ? Entoure la bonne réponse.

a) Le symbole du calcium s'écrit « CA ».    VRAI / FAUX
b) Le symbole de l'oxygène est O.    VRAI / FAUX

Correction :

1. 0,5 pt par ligne entièrement juste.

NomSymboleNuméro atomique
CarboneC6
SodiumNa11
ChloreCl17
PotassiumK19
MagnésiumMg12
HéliumHe2

Le symbole ne ressemble pas toujours au nom : sodium s'écrit Na, potassium s'écrit K.

2. Protons dans le noyau (1 pt).

3. a) FAUX : la deuxième lettre est toujours une minuscule, on écrit Ca. b) VRAI. 0,5 pt par réponse.

Socle Exercice 3 — Molécules et formules (5 pts)

C3 · Voici quatre modèles de molécules, notés A, B, C et D.

1. (2 pts) Écris le nom de chaque molécule. Choisis dans la liste : eau – dioxygène – dioxyde de carbone – méthane.

A :   B :

C :   D :

2. (2 pts) Complète.

a) L'ammoniac, dans certains produits ménagers : NH3.
Il y a atome d'azote et atomes d'hydrogène. Total : atomes.

b) Le butane, le gaz des briquets : C4H10.
Il y a atomes de carbone et atomes d'hydrogène. Total : atomes.

3. (1 pt)

a) Dans CO2, le petit 2 compte les atomes de :   ☐ carbone    ☐ oxygène

b) Une molécule porte une charge électrique (+ ou −).    VRAI / FAUX

Correction :

1. A : méthane (CH4, 1 noire et 4 blanches) ; B : dioxygène (O2, 2 rouges) ; C : eau (H2O, 1 rouge et 2 blanches) ; D : dioxyde de carbone (CO2, 1 noire et 2 rouges). 0,5 pt par nom.

2. a) NH3 : 1 atome d'azote (pas de chiffre après N = 1) et 3 atomes d'hydrogène. Total : 1 + 3 = 4 atomes. (1 pt)
b) C4H10 : 4 atomes de carbone et 10 atomes d'hydrogène. Total : 4 + 10 = 14 atomes. (1 pt)

3. a) Oxygène : le chiffre compte seulement l'élément juste avant (0,5 pt). b) FAUX : une molécule est neutre (0,5 pt).

Socle Exercice 4 — L'étiquette de l'eau minérale (5 pts)

C4, C5 · Après le sport, Yanis lit l'étiquette de sa bouteille d'eau.

1. (1 pt) Pour chaque ion de l'étiquette, entoure « positif » ou « négatif ».

Ca2+ : positif / négatif     Na+ : positif / négatif
Cl− : positif / négatif     NO3− : positif / négatif

2. (1,5 pt) Coche et complète.

a) Pour faire l'ion Ca2+, l'atome de calcium a   ☐ perdu   ☐ gagné   électrons.

b) Pour faire l'ion Cl−, l'atome de chlore a   ☐ perdu   ☐ gagné   électron.

3. (1,5 pt) Yanis trouve d'autres écritures dans son livre. Pour chacune, coche : atome, molécule ou ion ?

ÉcritureAtomeMoléculeIon
H2O☐☐☐
Na+☐☐☐
Cu☐☐☐
O2☐☐☐
Mg2+☐☐☐
He☐☐☐

4. (1 pt) Lis l'étiquette.

a) L'ion le plus abondant (le plus grand nombre de mg/L) est :

b) L'ion HCO3− contient atomes d'oxygène.

Correction :

1. Ca2+ : positif ; Na+ : positif ; Cl− : négatif ; NO3− : négatif. On regarde le signe en haut à droite. 0,25 pt par ion.

2. a) Signe + : l'atome a perdu des électrons ; le chiffre 2 : 2 électrons (0,75 pt).
b) Signe − : l'atome a gagné des électrons ; pas de chiffre : 1 électron (0,75 pt).

3. 0,25 pt par ligne.

  • H2O : molécule (pas de signe, 3 atomes).
  • Na+ : ion (signe + en haut).
  • Cu : atome (un seul symbole, pas de chiffre, pas de signe).
  • O2 : molécule (2 atomes accrochés).
  • Mg2+ : ion (signe 2+ en haut).
  • He : atome.

4. a) HCO3− (hydrogénocarbonates) : 350 mg/L, le plus grand nombre (0,5 pt).
b) 3 atomes d'oxygène : le petit 3 est juste après O (0,5 pt).

Standard Exercice 1 — L'atome (5 pts)

C1 · Voici le schéma d'un atome de lithium. Le dessin n'est pas à l'échelle. Dans le noyau, les boules rouges ont une charge positive ; les boules grises n'ont pas de charge.

1. (2 pts) Écris le nom de chaque partie.

A :   B :

C :   D :

2. (1 pt) L'atome de fluor a 9 protons. Combien a-t-il d'électrons ? Justifie.

3. (2 pts) Un atome mesure environ 10−10 m. Son noyau mesure environ 10−15 m.

a) Lequel est le plus petit ? Justifie avec les exposants.

b) Combien de fois l'atome est-il plus grand que son noyau ? Détaille.

c) Pourquoi dit-on que l'atome est surtout fait de vide ?

Correction :

1. A : noyau ; B : électron ; C : proton (boule rouge, charge +) ; D : neutron (boule grise, pas de charge). 0,5 pt par nom.

2. Un atome a autant d'électrons que de protons : le fluor a 9 électrons. Ainsi, 9 charges + et 9 charges − s'annulent : l'atome est neutre. (0,5 pt la réponse, 0,5 pt la justification.)

3. a) Le noyau, car −15 est plus petit que −10 (0,5 pt).
b) De −15 à −10, il y a 5 pas. Chaque pas, c'est « × 10 » : 105 = 100 000. L'atome est environ 100 000 fois plus grand que son noyau (1 pt).
c) Le noyau est minuscule au centre et les électrons sont très petits : entre le noyau et les électrons, il n'y a rien, presque tout l'atome est vide (0,5 pt).

Standard Exercice 2 — Le tableau périodique (5 pts)

C2 · Utilise l'extrait du tableau périodique (au début du devoir).

1. (3 pts) Complète le tableau.

Nom de l'élémentSymboleNuméro atomique
Azote
Magnésium
Ar
Al
16
20

2. (1 pt) Le noyau d'un atome contient 17 protons. Quel est cet élément ? Combien cet atome a-t-il d'électrons ?

3. (1 pt) Inès écrit « MG » pour le magnésium et « CO » pour le cobalt. Explique ses erreurs.

Correction :

1. 0,5 pt par ligne entièrement juste.

NomSymboleNuméro atomique
AzoteN7
MagnésiumMg12
ArgonAr18
AluminiumAl13
SoufreS16
CalciumCa20

2. Le numéro atomique est le nombre de protons : 17, c'est le chlore (Cl) (0,5 pt). L'atome a autant d'électrons que de protons : 17 électrons (0,5 pt).

3. La deuxième lettre d'un symbole est toujours une minuscule : on écrit Mg et Co (0,5 pt). De plus, « CO » avec deux majuscules désigne deux éléments, le carbone et l'oxygène, et non le cobalt (0,5 pt).

Standard Exercice 3 — Molécules et formules (5 pts)

C3 · Voici trois modèles de molécules. Les boules ne portent pas de lettre : utilise la légende des couleurs.

1. (1,5 pt) Pour chaque modèle, écris la formule et le nom de la molécule.

A : formule   nom

B : formule   nom

C : formule   nom

2. (2 pts) Voici deux produits de la maison. Complète le tableau.

ProduitFormuleNombre d'atomes de chaque élémentNombre total d'atomes
Eau oxygénée (pour désinfecter une plaie)H2O2
Alcool à 70° (pour désinfecter)C2H6O

3. (1,5 pt) Écris la formule de chaque molécule. Utilise le tableau périodique pour les symboles.

a) Le dioxyde de soufre (utilisé pour conserver le vin) : 1 atome de soufre et 2 atomes d'oxygène. Formule :

b) L'ozone (un gaz de la haute atmosphère) : 3 atomes d'oxygène. Formule :

Correction :

1. A : CO2, dioxyde de carbone ; B : CH4, méthane ; C : N2, diazote. 0,5 pt par modèle (formule et nom).

2. 1 pt par ligne.

  • H2O2 : 2 atomes d'hydrogène et 2 atomes d'oxygène. Total : 2 + 2 = 4 atomes.
  • C2H6O : 2 atomes de carbone, 6 atomes d'hydrogène et 1 atome d'oxygène (pas de chiffre après O = 1). Total : 2 + 6 + 1 = 9 atomes.

3. a) Soufre : symbole S. 1 atome S (pas de chiffre) et 2 atomes O : SO2 (0,75 pt).
b) 3 atomes O : O3 (0,75 pt). Une molécule peut être faite d'atomes tous pareils.

Standard Exercice 4 — L'étiquette de l'eau minérale (5 pts)

C4, C5 · Après le sport, Yanis lit l'étiquette de sa bouteille d'eau.

1. (1 pt) Recopie les ions positifs de l'étiquette, puis les ions négatifs.

2. (1,5 pt) Pour l'ion Mg2+ puis pour l'ion F− : l'atome a-t-il perdu ou gagné des électrons ? Combien ?

3. (1,5 pt) Trie ces écritures dans le tableau :   H2O  ;  Mg2+  ;  Cu  ;  HCO3−  ;  N2  ;  He

AtomeMoléculeIon

4. (1 pt) Léo dit : « HCO3− est une molécule, car il contient plusieurs atomes. » A-t-il raison ? Justifie.

Correction :

1. Ions positifs : Ca2+, Mg2+, Na+, K+ (0,5 pt). Ions négatifs : HCO3−, SO42−, Cl−, NO3−, F− (0,5 pt). On regarde le signe en haut à droite.

2. Mg2+ : signe +, l'atome de magnésium a perdu 2 électrons (0,75 pt).
F− : signe −, pas de chiffre, l'atome de fluor a gagné 1 électron (0,75 pt).

3. 0,25 pt par écriture bien rangée.

AtomeMoléculeIon
Cu ; HeH2O ; N2Mg2+ ; HCO3−

4. Non. HCO3− porte une charge − en haut à droite : c'est un ion, même s'il a plusieurs atomes. Une molécule, elle, est neutre. (1 pt)

Approfondissement Exercice 1 — L'atome (5 pts)

C1 · Un atome de lithium (dans les batteries des téléphones et des outils sans fil) a 3 protons et 4 neutrons.

1. (2 pts)

a) Combien de particules y a-t-il dans son noyau ?

b) Combien a-t-il d'électrons ? Justifie.

c) Explique pourquoi l'atome de lithium est électriquement neutre, en parlant des charges.

2. (2 pts) Un atome mesure environ 10−10 m. Son noyau mesure environ 10−15 m.

a) Combien de fois l'atome est-il plus grand que son noyau ? Détaille.

b) Pour une maquette, on représente le noyau par une bille de 1 cm. Quelle taille aurait l'atome sur cette maquette ? Donne la réponse en centimètres, puis en mètres. Aide : 1 m = 100 cm.

3. (1 pt) Sami dit : « Sur le dessin du livre, le noyau est presque aussi gros que l'atome. Donc c'est comme ça en vrai. » Explique son erreur.

Correction :

1. a) 3 protons + 4 neutrons = 7 particules (0,5 pt).
b) Un atome a autant d'électrons que de protons : 3 électrons. Les neutrons ne comptent pas (0,5 pt).
c) Le noyau porte 3 charges + (les 3 protons ; les neutrons n'ont pas de charge). Les 3 électrons portent 3 charges −. Les charges + et − s'annulent : l'atome est neutre (1 pt).

2. a) De −15 à −10, il y a 5 pas : 105 = 100 000 fois (1 pt).
b) L'atome serait 100 000 fois plus grand que la bille : 1 cm × 100 000 = 100 000 cm. Comme 1 m = 100 cm : 100 000 ÷ 100 = 1 000 m, soit 1 km (1 pt : 0,5 pt par unité).

3. Sur les dessins, on fait le noyau gros pour bien le voir : le dessin n'est pas à l'échelle. En vrai, le noyau est 100 000 fois plus petit que l'atome, et l'atome est surtout fait de vide (1 pt).

Approfondissement Exercice 2 — Le tableau périodique (5 pts)

C2 · Utilise l'extrait du tableau périodique (au début du devoir).

1. (2 pts) Complète le tableau.

Nom de l'élémentSymboleNuméro atomique
Phosphore
Lithium
Si
10

2. (1,5 pt) Le noyau d'un atome contient 20 protons et 20 neutrons.

a) Quel est cet élément ? Combien cet atome a-t-il d'électrons ?

b) Tom cherche l'élément numéro 40, car il compte 20 + 20 = 40 particules. Explique son erreur.

3. (1,5 pt) Le tartre qui se dépose dans une bouilloire est du calcaire, de formule CaCO3. Pour chaque élément de cette formule, donne son nom, son numéro atomique et le nombre d'atomes dans la formule.

Correction :

1. 0,5 pt par ligne entièrement juste.

NomSymboleNuméro atomique
PhosphoreP15
LithiumLi3
SiliciumSi14
NéonNe10

2. a) Le numéro atomique est le nombre de protons : 20, c'est le calcium (Ca). Il a 20 électrons, autant que de protons (1 pt).
b) Le numéro atomique compte seulement les protons, pas les neutrons. Il faut chercher le numéro 20, pas 40 (0,5 pt).

3. 0,5 pt par élément.

  • Ca : calcium, numéro atomique 20, 1 atome.
  • C : carbone, numéro atomique 6, 1 atome.
  • O : oxygène, numéro atomique 8, 3 atomes (le petit 3 est juste après O).

Attention : Ca (une majuscule puis une minuscule) est un seul élément ; C et O, deux majuscules, sont deux éléments.

Approfondissement Exercice 3 — Molécules et formules (5 pts)

C3 · Voici trois modèles de molécules. Les boules ne portent pas de lettre : utilise la légende des couleurs.

1. (1,5 pt) Écris la formule chimique de chaque modèle.

A :   B :   C :

2. (2 pts) Le sucre de table contient du glucose, de formule C6H12O6.

a) Quels éléments contient-il ? Combien d'atomes de chaque élément ?

b) Combien d'atomes au total dans une molécule de glucose ?

c) Combien d'atomes de carbone y a-t-il dans 2 molécules de glucose ?

3. (1,5 pt) Yanis fait deux erreurs. Corrige-les en expliquant.

a) « Dans CO2, il y a 2 atomes de carbone et 2 atomes d'oxygène. »

b) « O2 et 2 O, c'est pareil. » (2 O veut dire : deux atomes d'oxygène séparés.)

Correction :

1. A : NH3 (1 bleue N, 3 blanches H) ; B : CO2 (1 noire C, 2 rouges O) ; C : H2 (2 blanches H). 0,5 pt par formule.

2. a) Carbone, hydrogène et oxygène : 6 atomes de carbone, 12 atomes d'hydrogène, 6 atomes d'oxygène (1 pt).
b) 6 + 12 + 6 = 24 atomes (0,5 pt).
c) 6 × 2 = 12 atomes de carbone (0,5 pt).

3. a) Le petit 2 compte seulement l'oxygène, l'élément juste avant. Après C, il n'y a pas de chiffre : 1 atome de carbone et 2 atomes d'oxygène (0,75 pt).
b) O2 est une molécule : 2 atomes d'oxygène accrochés ensemble. 2 O, ce sont deux atomes séparés, pas accrochés (0,75 pt).

Approfondissement Exercice 4 — L'étiquette de l'eau minérale (5 pts)

C4, C5 · Après le sport, Yanis lit l'étiquette de sa bouteille d'eau.

1. (1 pt) Classe tous les ions de l'étiquette en deux groupes : ions positifs et ions négatifs.

2. (1,5 pt) L'atome de calcium a 20 protons et 20 électrons. L'atome de fluor a 9 protons et 9 électrons.

Combien d'électrons a l'ion Ca2+ ? Et l'ion F− ? Justifie.

3. (1,5 pt) Trie ces écritures dans le tableau :   O  ;  O2  ;  O2−  ;  Cu  ;  Cu2+  ;  HCO3−

AtomeMoléculeIon

4. (1 pt) L'eau minérale contient des ions chargés. Pourtant, l'eau de la bouteille, dans son ensemble, n'a pas de charge électrique. Explique comment c'est possible. Aide : regarde quels ions contient l'étiquette.

Correction :

1. Ions positifs : Ca2+, Mg2+, Na+, K+ (0,5 pt). Ions négatifs : HCO3−, SO42−, Cl−, NO3−, F− (0,5 pt).

2. Ca2+ : signe 2+, l'atome a perdu 2 électrons : 20 − 2 = 18 électrons (0,75 pt).
F− : signe −, l'atome a gagné 1 électron : 9 + 1 = 10 électrons (0,75 pt).
Le noyau ne change pas : seuls les électrons partent ou arrivent.

3. 0,25 pt par écriture bien rangée.

AtomeMoléculeIon
O ; CuO2O2− ; Cu2+ ; HCO3−

Le piège : O, O2 et O2− contiennent tous de l'oxygène. On regarde d'abord la charge (ion), puis le nombre d'atomes.

4. L'eau contient à la fois des ions positifs et des ions négatifs. Leurs charges + et − se compensent : au total, l'eau n'a pas de charge (1 pt).