Classification périodique et ions | 1ère Bac Pro (Grpt 5) | Physique-Chimie
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Capacités et connaissances du programme :
C1 – Donner la composition d'un atome (protons, électrons) à partir de son numéro atomique \(Z\)
C2 – Situer un élément dans la classification périodique et reconnaître sa famille
C3 – Écrire la formule d'un ion monoatomique (cation / anion) selon la colonne
C4 – Lire une formule brute et compter les atomes
Les exercices sont différenciés : Socle très guidés, Standard au niveau du programme, Approfondissement plus ouverts. Utilise le sélecteur en haut de page pour choisir ton niveau.
C1 — Composition d'un atome à partir de \(Z\)
À retenir : le numéro atomique \(Z\) est le nombre de protons du noyau. Un atome est électriquement neutre : il possède autant d'électrons que de protons. Donc nombre d'électrons \(=\) nombre de protons \(= Z\).
Socle
Exercice 1 – Compléter le tableau
Complète chaque ligne en suivant l'exemple. (Rappel : nombre d'électrons = \(Z\).)
Élément
\(Z\)
Nombre de protons
Nombre d'électrons
Carbone
6
6
6
Sodium
11
...
...
Oxygène
8
...
...
Sodium : \(Z = 11\) → 11 protons, 11 électrons.
Oxygène : \(Z = 8\) → 8 protons, 8 électrons.
Standard
Exercice 2 – Atomes courants en laboratoire
Une technicienne de laboratoire travaille avec plusieurs éléments. Donner, pour chacun, le nombre de protons et le nombre d'électrons.
Azote : \(Z = 7\)
Soufre : \(Z = 16\)
Chlore : \(Z = 17\)
Azote : 7 protons, 7 électrons.
Soufre : 16 protons, 16 électrons.
Chlore : 17 protons, 17 électrons.
Dans chaque cas, l'atome est neutre : nombre d'électrons = nombre de protons = \(Z\).
Approfondissement
Exercice 3 – De l'atome à l'ion
Le calcium a pour numéro atomique \(Z = 20\).
a) Donner le nombre de protons et d'électrons de l'atome de calcium.
b) Le calcium forme l'ion Ca²⁺. Combien d'électrons l'atome a-t-il perdus ?
c) Donner le nombre de protons et d'électrons de l'ion Ca²⁺, puis vérifier sa charge.
a) \(Z = 20\) → 20 protons et 20 électrons.
b) Ca²⁺ a une charge \(+2\) : l'atome a perdu 2 électrons.
c) Ion Ca²⁺ : 20 protons (inchangés) et 18 électrons. Charge \(= (+20) + (-18) = \mathbf{+2}\). Cohérent.
C2 — Situer un élément et reconnaître sa famille
Méthode dans la classification, les éléments d'une même colonne ont des propriétés similaires. Colonne 1 : alcalins ; colonne 2 : alcalino-terreux ; colonne 17 : halogènes ; colonne 18 : gaz nobles. Les métaux sont à gauche et au centre, les non-métaux à droite.
Socle
Exercice 1 – Associer élément et famille
Relie chaque élément à sa famille (utilise le schéma ci-dessus).
Sodium Na (colonne 1)
Chlore Cl (colonne 17)
Argon Ar (colonne 18)
Familles possibles : alcalins, halogènes, gaz nobles.
Sodium → alcalins (colonne 1).
Chlore → halogènes (colonne 17).
Argon → gaz nobles (colonne 18).
Standard
Exercice 2 – Métal ou non-métal ?
Un agent de traitement des eaux note les éléments présents dans une analyse. Pour chacun, indiquer s'il s'agit d'un métal ou d'un non-métal, et préciser sa famille si elle existe.
Potassium K (colonne 1)
Magnésium Mg (colonne 2)
Fluor F (colonne 17)
Cuivre Cu (métal de transition)
Potassium : métal, famille des alcalins.
Magnésium : métal, famille des alcalino-terreux.
Fluor : non-métal, famille des halogènes.
Cuivre : métal (métal de transition, bloc central).
Approfondissement
Exercice 3 – Prévoir par analogie
Le lithium Li et le sodium Na sont dans la même colonne (colonne 1). Le sodium réagit vivement avec l'eau et forme l'ion Na⁺.
a) Que peut-on prévoir sur le comportement chimique du lithium ? Pourquoi ?
b) Quel ion le lithium devrait-il former ? Justifier.
a) Étant dans la même colonne que le sodium, le lithium a des propriétés chimiques similaires : il est aussi très réactif. C'est la force de la classification : prévoir le comportement d'après la position.
b) Comme le sodium (colonne 1, perd 1 électron), le lithium forme l'ion Li⁺.
Pour les métaux de transition (Fe, Cu, Zn…), la charge est donnée dans l'énoncé.
Socle
Exercice 1 – Cation ou anion ?
Pour chaque élément, on indique s'il perd ou gagne des électrons. Complète l'ion formé et le type (cation/anion).
Élément
Action
Ion formé
Type
Sodium Na
perd 1 e⁻
Na⁺
cation
Chlore Cl
gagne 1 e⁻
...
...
Magnésium Mg
perd 2 e⁻
...
...
Chlore gagne 1 e⁻ → Cl⁻, anion.
Magnésium perd 2 e⁻ → Mg²⁺, cation.
Standard
Exercice 2 – Écrire l'ion à partir de la colonne
Écrire la formule de l'ion monoatomique formé par chacun de ces éléments et préciser cation ou anion.
Potassium K (colonne 1)
Calcium Ca (colonne 2)
Aluminium Al (colonne 13)
Fluor F (colonne 17)
Oxygène O (colonne 16)
Potassium (col. 1) → K⁺ (cation).
Calcium (col. 2) → Ca²⁺ (cation).
Aluminium (col. 13) → Al³⁺ (cation).
Fluor (col. 17) → F⁻ (anion).
Oxygène (col. 16) → O²⁻ (anion).
Standard
Exercice 3 – Ions dans l'eau du robinet
Un agent de traitement des eaux relève sur une analyse la présence d'ions sodium, d'ions calcium et d'ions chlorure.
a) Écrire la formule de chacun de ces trois ions (Na en colonne 1, Ca en colonne 2, Cl en colonne 17).
b) Classer ces trois ions en cations et anions.
a) Ion sodium Na⁺, ion calcium Ca²⁺, ion chlorure Cl⁻.
b) Cations : Na⁺, Ca²⁺. Anion : Cl⁻.
Approfondissement
Exercice 4 – Neutralité d'un composé ionique
Un peintre utilise un pigment, l'oxyde de fer, où le fer est sous forme d'ion Fe³⁺ et l'oxygène sous forme d'ion O²⁻ (oxyde).
a) Rappeler pourquoi la charge de l'ion fer ne se déduit pas de sa colonne.
b) Un composé ionique est globalement neutre. Combien d'ions Fe³⁺ et d'ions O²⁻ faut-il associer pour que la somme des charges soit nulle ? (On cherche le plus petit nombre entier de chaque.)
a) Le fer est un métal de transition : la règle « charge = numéro de colonne » ne s'applique pas. Sa charge (Fe²⁺ ou Fe³⁺) est donnée dans l'énoncé.
b) On cherche \(a\) ions Fe³⁺ et \(b\) ions O²⁻ tels que \(3a - 2b = 0\). Le plus petit entier : \(a = 2\) et \(b = 3\) (car \(3 \times 2 = 6\) et \(2 \times 3 = 6\)). Il faut donc 2 ions Fe³⁺ pour 3 ions O²⁻ (formule Fe₂O₃).
C4 — Lire une formule brute et compter les atomes
À retenir : dans une formule brute, chaque symbole désigne un élément et l'indice (petit chiffre en bas à droite) donne le nombre d'atomes de cet élément. Pas d'indice = 1 atome. Le nombre total d'atomes est la somme de tous les indices.
Socle
Exercice 1 – Compter les atomes
Complète le tableau (exemple sur la première ligne).
Molécule
Formule
Atomes de chaque élément
Total
Eau
H₂O
2 H et 1 O
3
Dioxyde de carbone
CO₂
...
...
Méthane
CH₄
...
...
CO₂ : 1 C et 2 O → 3 atomes.
CH₄ : 1 C et 4 H → 5 atomes.
Standard
Exercice 2 – Molécules de la vie courante
Pour chaque molécule, indiquer le nombre d'atomes de chaque élément, puis le nombre total d'atomes.
Ammoniac (produit ménager) : NH₃
Éthanol (alcool) : C₂H₆O
Dioxygène (air) : O₂
NH₃ : 1 N + 3 H → 4 atomes.
C₂H₆O : 2 C + 6 H + 1 O → 9 atomes.
O₂ : 2 O → 2 atomes.
Standard
Exercice 3 – Atome, molécule ou ion ?
Une technicienne de laboratoire note plusieurs espèces. Indiquer pour chacune s'il s'agit d'un atome, d'une molécule ou d'un ion.
Cl
Cl₂
Cl⁻
H₂O
Na⁺
Cl → atome.
Cl₂ → molécule (2 atomes liés).
Cl⁻ → ion (atome chargé).
H₂O → molécule (3 atomes liés).
Na⁺ → ion (atome chargé).
Approfondissement
Exercice 4 – Glucose et photosynthèse
Le glucose, sucre fabriqué par les plantes, a pour formule brute C₆H₁₂O₆.
a) Donner le nombre d'atomes de chaque élément et le nombre total d'atomes.
b) On lit que la combustion complète du glucose ne produit que de l'eau H₂O et du dioxyde de carbone CO₂. Citer les deux molécules produites et donner pour chacune son nombre total d'atomes.
a) C₆H₁₂O₆ : 6 C + 12 H + 6 O → \(6 + 12 + 6 = \mathbf{24}\) atomes.
b) Eau H₂O (3 atomes) et dioxyde de carbone CO₂ (3 atomes).