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Chapitre 4 – Atomes, molécules et ions – Exercices

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Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

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Rappels essentiels : Commence par le niveau socle, puis avance à ton rythme. Le code (C1, C2…) indique la capacité travaillée.

Niveau socle — je m'entraîne pas à pas

Exercice 1 Légender un atome de lithium (C1) Socle

La batterie d'un téléphone contient du lithium. Voici le dessin d'un atome de lithium. Quatre étiquettes sont numérotées de 1 à 4.

Aide : utilise ces mots : noyau – proton – neutron – électron. Le proton porte un +, l'électron porte un −, le neutron n'a pas de signe.
1. Étiquette 1 :
2. Étiquette 2 :
3. Étiquette 3 :
4. Étiquette 4 :
5. Compte sur le dessin : combien de protons ? Combien d'électrons ?
6. Cet atome est-il neutre ? Explique avec ta réponse à la question 5.

1. Étiquette 1 : le noyau, au centre de l'atome.

2. Étiquette 2 : un proton (boule avec un +, dans le noyau).

3. Étiquette 3 : un neutron (boule sans signe, dans le noyau).

4. Étiquette 4 : un électron (boule avec un −, autour du noyau).

5. 3 protons et 3 électrons. (Il y a aussi 4 neutrons.)

6. Oui : il y a autant de protons (3 charges +) que d'électrons (3 charges −). Les charges s'annulent : l'atome est neutre.

Exercice 2 Vrai ou faux sur l'atome (C1) Socle

Pour chaque phrase, écris vrai ou faux. Si c'est faux, corrige la phrase.

Aide : relis le tableau du cours « Particule – Où est-elle ? – Charge électrique » (section 2.1).
1. Les électrons sont dans le noyau.
2. Le proton a une charge positive (+).
3. Le neutron a une charge négative (−).
4. Le noyau est fait de protons et de neutrons.
5. Entre le noyau et les électrons, il y a du vide.

1. Faux. Les électrons sont autour du noyau.

2. Vrai.

3. Faux. Le neutron n'a pas de charge : il est neutre.

4. Vrai.

5. Vrai. L'atome est surtout fait de vide.

Exercice 3 Les métaux de l'atelier : compter les électrons (C1) Socle

Dans l'atelier du lycée, on utilise trois métaux : le fer (dans l'acier des outils), le cuivre (dans les fils électriques) et l'aluminium (dans les échelles légères). Le tableau donne le nombre de protons dans le noyau de chaque atome.

AtomeNombre de protonsNombre d'électrons
oxygène (exemple)88
aluminium13?
fer26?
cuivre29?
Aide : un atome a autant d'électrons que de protons. Regarde l'exemple de l'oxygène : 8 protons, donc 8 électrons.
1. Atome d'aluminium : électrons.
2. Atome de fer : électrons.
3. Atome de cuivre : électrons.
4. Un atome a 6 électrons. Combien a-t-il de protons ?

1. 13 protons, donc 13 électrons.

2. 26 protons, donc 26 électrons.

3. 29 protons, donc 29 électrons.

4. Autant de protons que d'électrons : 6 protons. (C'est l'atome de carbone.)

Exercice 4 Du plus petit au plus grand (C1) Socle

Voici la taille de quatre objets, en ordre de grandeur.

ObjetTaille
un grain de sable10−3 m
un atome10−10 m
une bactérie10−6 m
le noyau d'un atome10−15 m
Aide : plus l'exposant est petit, plus l'objet est petit. −15 est plus petit que −10.
1. Quel est le plus petit objet du tableau ?
2. Range les quatre objets du plus petit au plus grand.
3. On compare la bactérie et l'atome. Compte les pas de −10 à −6 : pas.
4. Complète : la bactérie est environ 10 × 10 × … = fois plus grande que l'atome.

1. Le plus petit est le noyau de l'atome (10−15 m).

2. noyau (10−15 m) → atome (10−10 m) → bactérie (10−6 m) → grain de sable (10−3 m).

3. De −10 à −6, il y a 4 pas.

4. 10 × 10 × 10 × 10 = 104 = 10 000. La bactérie est environ 10 000 fois plus grande que l'atome.

Exercice 5 Lire une case du tableau périodique (C2) Socle

Les profilés des fenêtres et les échelles de chantier sont souvent en aluminium. Voici la case de l'aluminium dans le tableau périodique.

Aide : en haut à gauche : le numéro atomique. Au milieu, en gros : le symbole. En bas : le nom.
1. Le symbole de l'aluminium est :
2. Le numéro atomique de l'aluminium est :
3. Combien de protons y a-t-il dans le noyau d'un atome d'aluminium ?
4. Dans le symbole Al, pourquoi le « l » est-il une minuscule ?

1. Symbole : Al.

2. Numéro atomique : 13.

3. Le numéro atomique est le nombre de protons : 13 protons.

4. Dans un symbole, la deuxième lettre est toujours une minuscule. On écrit Al, jamais « AL ».

Exercice 6 Les éléments de l'air dans le tableau (C2) Socle

L'air contient surtout de l'azote et de l'oxygène, un peu d'argon et un tout petit peu de carbone (dans le dioxyde de carbone). Utilise l'extrait du tableau périodique.

Aide : je cherche le nom en bas de la case, puis je lis le symbole (au milieu) et le numéro atomique (en haut à gauche).
NomSymboleNuméro atomique
azoteN7
oxygène……
argon……
carbone……
1. Complète le tableau. La première ligne est faite pour toi.
2. Quel élément a le numéro atomique 10 ?
3. Le symbole de l'azote, N, ne ressemble pas au mot « azote ». Cite un autre élément du chapitre dont le symbole ne ressemble pas au nom français.

1. Oxygène : O, numéro 8. Argon : Ar, numéro 18. Carbone : C, numéro 6.

2. Le numéro 10, c'est le néon (Ne).

3. Par exemple le sodium : Na (du latin natrium). Le potassium (K) convient aussi.

Exercice 7 Bien écrire les symboles des métaux (C2) Socle

Sur les étagères de l'atelier, chaque bac de métal porte une étiquette. Voici les bonnes informations.

NomSymboleNuméro atomique
ferFe26
cuivreCu29
zincZn30

Kylian a écrit les étiquettes à la main : FE pour le fer, cu pour le cuivre, Zn pour le zinc.

Aide : un symbole commence par une majuscule. S'il a une deuxième lettre, c'est une minuscule.
1. Quelle étiquette est bien écrite ?
2. Corrige les deux autres étiquettes.
3. Un bac contient des clous en acier, faits surtout de fer. Combien de protons y a-t-il dans le noyau d'un atome de fer ?
4. Quel métal a le numéro atomique 29 ?

1. L'étiquette Zn (zinc) est bien écrite.

2. On écrit Fe (et pas FE) et Cu (et pas cu).

3. Le numéro atomique du fer est 26 : 26 protons.

4. Le numéro 29, c'est le cuivre (Cu).

Exercice 8 Compter les atomes dans une formule (C3) Socle

Complète le tableau pour chaque molécule. La première ligne est faite pour toi.

MoléculeFormuleAtomes de chaque élémentTotal d'atomes
eauH2O2 H et 1 O3
dioxygèneO2……
dioxyde de carboneCO2……
méthaneCH4……
diazoteN2……
Aide : le petit chiffre en bas compte seulement l'élément juste avant. Pas de petit chiffre = 1 atome.
1. Complète les lignes du dioxygène, du dioxyde de carbone, du méthane et du diazote.
2. Quelles molécules du tableau sont faites d'atomes tous pareils ?

1.

  • O2 : 2 O → total 2 atomes.
  • CO2 : 1 C et 2 O → 1 + 2 = 3 atomes.
  • CH4 : 1 C et 4 H → 1 + 4 = 5 atomes.
  • N2 : 2 N → total 2 atomes.

2. Le dioxygène O2 et le diazote N2 : deux atomes du même élément.

Exercice 9 Associer un modèle et sa formule (C3) Socle

Au laboratoire, Nora a construit quatre molécules avec une boîte de modèles. Retrouve la formule de chaque modèle.

Formules proposées : H2O  ;  CO2  ;  CH4  ;  N2.

Aide : pour chaque modèle, je compte les boules de chaque couleur. Exemple : 1 noire et 4 blanches → 1 C et 4 H.
1. Modèle A :   Modèle B :
2. Modèle C :   Modèle D :
3. Donne le nom de chaque molécule.
4. Quel modèle représente le gaz de la gazinière ?

1. A : 1 noire + 4 blanches → CH4. B : 2 bleues → N2.

2. C : 1 noire + 2 rouges → CO2. D : 1 rouge + 2 blanches → H2O.

3. A : méthane. B : diazote. C : dioxyde de carbone. D : eau.

4. Le gaz naturel de la gazinière est le méthane : modèle A.

Exercice 10 Le gaz de la cuisine (C3) Socle

Dans beaucoup d'appartements, la gazinière marche au gaz naturel. Ce gaz est surtout fait de méthane, de formule CH4.

Aide : chaque majuscule commence un nouvel élément. C = carbone ; H = hydrogène.
1. Combien d'éléments différents y a-t-il dans le méthane ? Lesquels ?
2. Complète : la molécule de méthane a atome de carbone et atomes d'hydrogène.
3. Combien d'atomes y a-t-il au total ?
4. Certaines gazinières marchent avec des bouteilles de gaz butane, de formule C4H10. Combien d'atomes de carbone ? Combien d'atomes d'hydrogène ? Combien au total ?

1. 2 éléments : le carbone (C) et l'hydrogène (H).

2. 1 atome de carbone (pas de petit chiffre après C) et 4 atomes d'hydrogène.

3. 1 + 4 = 5 atomes.

4. C4H10 : 4 atomes de carbone et 10 atomes d'hydrogène. Total : 4 + 10 = 14 atomes.

Exercice 11 Les ions de l'eau minérale (C4) Socle

Sur l'étiquette d'une bouteille d'eau minérale, on lit ces ions : Mg2+, K+, Cl−, Na+.

Aide : je regarde le signe en haut à droite. + : ion positif, électrons perdus. − : ion négatif, électrons gagnés. Pas de chiffre devant le signe = 1.
IonPositif ou négatif ?Électrons perdus ou gagnés ?Combien ?
Ca2+ (exemple)positifperdus2
Mg2+………
K+………
Cl−………
Na+………
1. Complète le tableau. La première ligne est faite pour toi.
2. Où écrit-on la charge d'un ion dans sa formule ?

1.

  • Mg2+ : positif, électrons perdus, 2.
  • K+ : positif, électron perdu, 1 (pas de chiffre = 1).
  • Cl− : négatif, électron gagné, 1.
  • Na+ : positif, électron perdu, 1.

2. La charge s'écrit en haut à droite du symbole.

Exercice 12 Écrire la formule d'un ion (C4) Socle

Pour chaque atome, on dit s'il perd ou s'il gagne des électrons. Écris la formule de l'ion obtenu.

Aide : je garde le symbole. Perd → signe + ; gagne → signe −. J'écris le nombre devant le signe, sauf si c'est 1. Exemple : le calcium Ca perd 2 électrons → Ca2+.
1. Un atome d'aluminium (Al) perd 3 électrons. Formule de l'ion :
2. Un atome de cuivre (Cu) perd 2 électrons. Formule de l'ion :
3. Un atome de fluor (F) gagne 1 électron. Formule de l'ion :
4. L'ion cuivre de la question 2 donne sa couleur bleue à une solution du laboratoire. Cet ion est-il positif ou négatif ?

1. Il perd 3 électrons : signe +, nombre 3 → Al3+.

2. Il perd 2 électrons → Cu2+.

3. Il gagne 1 électron : signe −, on n'écrit pas le 1 → F−.

4. Cu2+ porte un signe + : c'est un ion positif.

Exercice 13 Atome, molécule ou ion ? (C5) Socle

Voici une liste de formules :  Al  ;  O2  ;  K+  ;  CH4  ;  Ar  ;  Cl−  ;  H2O  ;  Cu  ;  Mg2+

Aide : pour chaque formule, je pose deux questions dans l'ordre.
① Y a-t-il un + ou un − en haut à droite ? Oui → ion.
② Sinon : un seul symbole sans chiffre → atome ; deux atomes ou plus → molécule.
AtomeMoléculeIon
Al ; ………
1. Range chaque formule dans la bonne colonne. Al est déjà placé.
2. Ar est un gaz. Est-ce une molécule ? Explique.
AtomeMoléculeIon
Al ; Ar ; CuO2 ; CH4 ; H2OK+ ; Cl− ; Mg2+

2. Non. Ar n'a pas de signe et c'est un seul symbole, sans chiffre : c'est un atome d'argon. Un gaz n'est donc pas toujours fait de molécules.

Niveau standard — j'applique dans des situations

Exercice 14 Le fer et la rouille (C1, C2, C4) Standard

Un outil en acier est resté dehors sous la pluie. Il a rouillé. L'acier est fait surtout de fer (symbole Fe, numéro atomique 26). Dans la rouille, on trouve des ions fer Fe3+.

1. Combien de protons y a-t-il dans le noyau d'un atome de fer ? Justifie.
2. Combien d'électrons a un atome de fer ? Justifie avec une règle du cours.
3. L'ion Fe3+ est-il positif ou négatif ? L'atome de fer a-t-il perdu ou gagné des électrons ? Combien ?
4. Combien d'électrons reste-t-il à l'ion Fe3+ ? Combien a-t-il de protons ?

1. Le numéro atomique est le nombre de protons : 26 protons.

2. Un atome a autant d'électrons que de protons : 26 électrons.

3. Signe + : ion positif. L'atome a perdu 3 électrons.

4. 26 − 3 = 23 électrons. Le noyau ne change pas : il a toujours 26 protons. (26 charges + et 23 charges − : il reste 3 charges + en trop, d'où le 3+.)

Exercice 15 De quoi est fait l'air ? (C3, C5) Standard

Voici la composition de l'air sec, en pourcentage du volume (ordre de grandeur).

GazFormulePart dans l'air
diazoteN2environ 78 %
dioxygèneO2environ 21 %
argonArenviron 1 %
dioxyde de carboneCO2environ 0,04 %
1. Quel gaz est le plus abondant dans l'air ? Donne sa formule.
2. Pour chaque gaz du tableau, dis si c'est un atome ou une molécule. Justifie pour l'argon.
3. Combien d'atomes y a-t-il dans une molécule de dioxyde de carbone ? Lesquels ?
4. Léo dit : « Le dioxygène et l'oxygène, c'est pareil. » Explique la différence entre O et O2.

1. Le diazote, N2 (environ 78 %).

2. N2, O2 et CO2 sont des molécules (2 ou 3 atomes accrochés). Ar est un atome : un seul symbole, pas de chiffre, pas de signe.

3. CO2 : 1 atome de carbone et 2 atomes d'oxygène, soit 3 atomes.

4. O est un atome d'oxygène. O2 est une molécule de dioxygène : deux atomes d'oxygène accrochés (« di » = deux). Le gaz qu'on respire est fait de molécules O2.

Exercice 16 Les gaz de la soudure (C2, C3, C5) Standard

Dans un atelier de métallerie, on soude des pièces en acier (surtout du fer, Fe).

Utilise le tableau périodique du cours si besoin (section 3).

1. Donne le symbole et le numéro atomique de l'argon.
2. Quels éléments contient l'acétylène ? Combien d'atomes de chaque élément ? Combien au total ?
3. Classe Ar, C2H2, O2 et Fe en atomes et molécules.
4. Dessine (ou décris) le modèle d'une molécule d'acétylène : nombre de boules et couleur de chaque boule.

1. Argon : symbole Ar, numéro atomique 18.

2. Du carbone et de l'hydrogène : 2 atomes de carbone et 2 atomes d'hydrogène. Total : 2 + 2 = 4 atomes.

3. Atomes : Ar et Fe. Molécules : C2H2 et O2.

4. 4 boules : 2 noires (carbone) et 2 blanches (hydrogène). Dans la vraie molécule, elles sont en ligne : H – C – C – H.

Exercice 17 Les modèles de Bilal ont des erreurs (C3, C5) Standard

Bilal a construit trois molécules avec les modèles. Il a écrit le nom de la molécule au-dessus de chaque modèle.

1. Pour chaque modèle, écris la formule de ce que Bilal a vraiment construit.
2. Quel modèle est juste ?
3. Pour chaque modèle faux, explique ce que Bilal doit changer.

1. Modèle 1 : 2 noires et 1 rouge → C2O. Modèle 2 : 1 rouge et 2 blanches → H2O. Modèle 3 : 1 noire et 3 blanches → CH3.

2. Le modèle 2 (eau, H2O) est juste.

3. Modèle 1 : le dioxyde de carbone CO2 a 1 carbone et 2 oxygènes. Bilal a inversé : il doit mettre une boule noire au milieu, entre deux boules rouges.
Modèle 3 : le méthane CH4 a 4 hydrogènes. Il manque une boule blanche.

Approfondissement — je résous seul

Exercice 18 Le fil de cuivre de l'électricien (C1, C2, C4) Approfondissement

Sur un chantier, un électricien tire des fils de cuivre. Le métal d'un fil mesure environ 1 mm d'épaisseur, soit 10−3 m. Un atome de cuivre mesure environ 10−10 m. Le cuivre a pour symbole Cu et pour numéro atomique 29.

1. Décris un atome de cuivre : que contient son noyau ? Combien de protons ? Combien d'électrons autour ?
2. Environ combien d'atomes de cuivre faut-il mettre côte à côte pour faire l'épaisseur du fil ? Donne la réponse en puissance de 10, puis en écriture décimale.
3. Quand le cuivre reste longtemps à l'humidité, il verdit : il se forme des ions Cu2+. Explique ce qui est arrivé à l'atome de cuivre, puis donne le nombre de protons et d'électrons de cet ion.

1. Le noyau contient des protons et des neutrons. Numéro atomique 29 : 29 protons. L'atome est neutre : 29 électrons autour du noyau.

2. De −10 à −3, il y a 7 pas. Il faut environ 107 atomes, soit 10 000 000 (dix millions) d'atomes côte à côte.

3. Signe + avec un 2 : l'atome a perdu 2 électrons. Le noyau ne change pas : 29 protons. Électrons : 29 − 2 = 27 électrons.

Exercice 19 Enquête sur l'étiquette d'eau minérale (C3, C4, C5) Approfondissement

Sur l'étiquette d'une eau minérale, on trouve aussi des ions faits de plusieurs atomes. Voici trois d'entre eux, avec l'eau elle-même.

NomFormule
hydrogénocarbonateHCO3−
sulfateSO42−
nitrateNO3−
eauH2O
1. Pour chaque formule, donne le nombre d'atomes de chaque élément et le nombre total d'atomes. (S est le symbole du soufre.)
2. Sami dit : « HCO3− a 5 atomes accrochés, donc c'est une molécule. » A-t-il raison ? Explique.
3. Le groupe d'atomes SO4 a-t-il perdu ou gagné des électrons ? Combien ?
4. Parmi les quatre formules, laquelle représente une molécule ? Justifie.

1.

  • HCO3− : 1 H, 1 C, 3 O → 5 atomes.
  • SO42− : 1 S, 4 O → 5 atomes.
  • NO3− : 1 N, 3 O → 4 atomes.
  • H2O : 2 H, 1 O → 3 atomes.

2. Non. Il y a un signe − en haut à droite : HCO3− porte une charge. C'est un ion, même s'il a plusieurs atomes. Une molécule est toujours neutre.

3. Signe − avec un 2 : le groupe a gagné 2 électrons.

4. H2O : plusieurs atomes accrochés et pas de charge. C'est une molécule. Les trois autres sont des ions.