QCM : Atomes et configuration électronique (34 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Que se passe-t-il lorsque deux corps portent des charges électriques de même signe ?

Ils s’attirent si leurs charges ont la même valeur absolue.
Ils s’attirent en raison du signe identique de leurs charges.
Ils n’exercent aucune force électrique l’un sur l’autre.
Ils se repoussent en raison du signe identique de leurs charges.

Ils se repoussent en raison du signe identique de leurs charges.

Explication

Deux charges de même signe se repoussent, tandis que des charges de signes contraires s’attirent. L’attraction correspond donc au cas des signes opposés, et non des signes identiques.

2. Dans le vide, si la distance entre deux charges ponctuelles est multipliée par deux, comment varie la force électrique entre elles ?

Elle est divisée par quatre, car elle varie comme l’inverse du carré de la distance.
Elle est multipliée par deux, car elle varie proportionnellement à la distance.
Elle reste inchangée, car elle dépend seulement des charges.
Elle est divisée par deux, car elle varie comme l’inverse de la distance.

Elle est divisée par quatre, car elle varie comme l’inverse du carré de la distance.

Explication

La loi de Coulomb donne une force proportionnelle à 1r2\frac{1}{r^2}, donc doubler la distance divise la force par quatre. Une dépendance en inverse de la distance seule ne produirait qu’une division par deux.

3. Quels constituants forment principalement un atome ?

Des électrons, des photons et des neutrons.
Des protons, des neutrons et des molécules.
Des électrons, des protons et des ions.
Des électrons, des protons et des neutrons.

Des électrons, des protons et des neutrons.

Explication

Un atome est principalement constitué d’électrons, de protons et de neutrons. Les photons ne sont pas l’un des constituants atomiques énumérés dans cette définition.

4. Une molécule composée d’atomes de deux éléments chimiques différents est classée comme quel type de corps ?

Un corps composé, car elle réunit des atomes d’espèces différentes.
Un corps simple, car chaque atome conserve son identité chimique.
Un corps composé, car elle réunit des atomes d’une même espèce.
Un corps simple, car ses atomes sont liés dans une même molécule.

Un corps composé, car elle réunit des atomes d’espèces différentes.

Explication

Une molécule contenant des atomes d’espèces différentes constitue un corps composé. Le caractère de corps simple s’applique à une molécule formée d’atomes de même espèce.

5. Qu’est-ce qui permet de regrouper des atomes dans un même élément chimique ?

Ils possèdent le même nombre total de nucléons.
Ils possèdent le même nombre de neutrons.
Ils possèdent le même nombre de protons.
Ils possèdent le même nombre d’électrons, même s’ils sont ionisés.

Ils possèdent le même nombre de protons.

Explication

Un élément chimique rassemble les atomes qui ont le même nombre de protons. Le nombre de neutrons peut varier entre isotopes d’un même élément.

6. Pour un atome noté ZAX^{A}_{Z}X, comment détermine-t-on son nombre de neutrons ?

On prend le nombre de protons ZZ comme nombre de neutrons.
On soustrait le nombre de nucléons AA au nombre de protons ZZ.
On soustrait le nombre de protons ZZ au nombre de nucléons AA.
On additionne le nombre de protons ZZ et le nombre de nucléons AA.

On soustrait le nombre de protons $$Z$$ au nombre de nucléons $$A$$.

Explication

Le nombre de nucléons est AA et comprend protons et neutrons, tandis que ZZ compte les protons ; le nombre de neutrons vaut donc A−ZA-Z. Confondre ZZ et AA revient à prendre le nombre de protons pour le nombre total de nucléons.

7. Un atome neutre perd un électron : quel type d’ion obtient-on ?

Un cation positif, car la perte d’un électron laisse une charge nette positive.
Un atome neutre, car la perte d’un électron ne change pas la charge.
Un isotope, car la perte d’un électron modifie le nombre de neutrons.
Un anion négatif, car la perte d’un électron augmente la charge négative.

Un cation positif, car la perte d’un électron laisse une charge nette positive.

Explication

La perte d’un ou plusieurs électrons forme un cation positif, car les charges positives des protons deviennent excédentaires. Un anion négatif se forme au contraire lorsqu’un atome ou un groupe gagne des électrons.

8. Deux atomes neutres sont des isotopes du même élément : quelle différence entre eux est caractéristique ?

Ils ont des nombres de protons différents et des nombres de nucléons identiques.
Ils ont le même nombre de protons, mais des nombres de neutrons différents.
Ils ont le même nombre de protons, mais des nombres d’électrons différents.
Ils ont le même nombre de neutrons, mais des nombres de protons différents.

Ils ont le même nombre de protons, mais des nombres de neutrons différents.

Explication

Les isotopes d’un élément ont le même nombre de protons et diffèrent par leur nombre de neutrons ; pour des atomes neutres, leur nombre d’électrons est aussi identique. Des différences d’électrons caractérisent plutôt des ions, pas des isotopes neutres.

9. À quoi correspond une mole de matière ?

À une quantité contenant autant d’entités qu’il y a de protons dans 12 g de carbone 12.
À une quantité contenant autant d’entités qu’il y a d’atomes dans 12 g de carbone 12.
À une quantité contenant autant d’atomes qu’il y a de molécules dans 12 g de carbone 12.
À une quantité contenant autant de grammes que le nombre d’atomes dans 12 g de carbone 12.

À une quantité contenant autant d’entités qu’il y a d’atomes dans 12 g de carbone 12.

Explication

Une mole est définie comme une quantité de matière contenant autant d’entités qu’il y a d’atomes dans 12 g de carbone 12. Cette définition porte sur le nombre d’entités, et non sur une égalité entre nombre d’entités et nombre de grammes.

10. Quelle valeur approchée de la constante d’Avogadro convient pour convertir une quantité en moles en nombre d’entités ?

6,022×1023 mol−16{,}022 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}
6,022×1023 mol6{,}022 \times 10^{23}\ \text{mol}
6,022×10−23 mol−16{,}022 \times 10^{-23}\ \text{mol}^{-1}
6,022×10−23 mol6{,}022 \times 10^{-23}\ \text{mol}

$$6{,}022 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1}$$

Explication

La constante d’Avogadro vaut environ 6,022×1023 mol−16{,}022 \times 10^{23}\ \text{mol}^{-1} et indique le nombre d’entités par mole. L’unité mol\text{mol} sans exposant inverse correspondrait à une quantité de matière, pas à cette constante.

11. Quelle difficulté du modèle planétaire classique est mise en évidence par les spectres atomiques observés ?

Il décrit une probabilité de présence sans trajectoire, alors que les spectres montrent la position exacte des électrons.
Il prédit des raies discrètes, alors que les spectres atomiques présentent une émission à fréquences continues.
Il prédit une émission à fréquences continues et la chute de l’électron sur le noyau, alors que les spectres présentent des raies discrètes.
Il suppose que les électrons occupent des orbites circulaires d’énergie déterminée, contrairement aux spectres observés.

Il prédit une émission à fréquences continues et la chute de l’électron sur le noyau, alors que les spectres présentent des raies discrètes.

Explication

Le modèle classique prévoit une perte continue d’énergie conduisant l’électron vers le noyau et des fréquences d’émission continues, en désaccord avec les raies discrètes observées. Le modèle de Bohr, contrairement au modèle classique, introduit des orbites d’énergie déterminée.

12. Quelle caractéristique distingue les orbites électroniques dans le modèle de Bohr ?

Elles sont circulaires et ne peuvent avoir que certaines énergies déterminées.
Elles sont des trajectoires elliptiques dont l’énergie varie de façon continue.
Elles se rapprochent continuellement du noyau en perdant de l’énergie.
Elles sont des régions probabilistes sans trajectoire ni énergie déterminée.

Elles sont circulaires et ne peuvent avoir que certaines énergies déterminées.

Explication

Bohr postule que les électrons occupent certaines orbites circulaires, chacune associée à une énergie déterminée. Une description probabiliste sans orbite déterminée relève du modèle quantique, et non du modèle de Bohr.

13. Dans le modèle de Bohr pour l’hydrogène, quelle énergie correspond à une orbite de nombre quantique n=2n=2 ?

−13,6 eV-13,6\ \text{eV}
−6,8 eV-6,8\ \text{eV}
−3,4 eV-3,4\ \text{eV}
−27,2 eV-27,2\ \text{eV}

$$-3,4\ \text{eV}$$

Explication

La relation E=−13,6n2 eVE=-\frac{13,6}{n^2}\ \text{eV} donne E=−13,64=−3,4 eVE=-\frac{13,6}{4}=-3,4\ \text{eV} pour n=2n=2. La valeur −13,6 eV-13,6\ \text{eV} correspond à n=1n=1, pas à cette orbite.

14. Quelle limite de mesure Heisenberg a-t-il formulée en 1926 pour une particule ?

Sa vitesse et sa masse ne peuvent pas être mesurées simultanément avec précision.
Son énergie et sa charge électrique ne peuvent pas être mesurées simultanément avec précision.
Sa position et son énergie potentielle ne peuvent pas être déterminées séparément.
Sa position et sa quantité de mouvement ne peuvent pas être connues simultanément avec précision.

Sa position et sa quantité de mouvement ne peuvent pas être connues simultanément avec précision.

Explication

Le principe formulé par Heisenberg porte sur l’impossibilité de connaître simultanément avec précision la position et la quantité de mouvement. La limite ne concerne pas la mesure simultanée de la charge et de l’énergie.

15. Comment la mécanique quantique décrit-elle la localisation d’un électron, par opposition à une trajectoire déterminée ?

Par une trajectoire circulaire stable, avec une position précise à chaque instant.
Par une probabilité de présence, sans lui attribuer une position précise.
Par une succession d’orbites fixes, chacune définissant sa position exacte.
Par une vitesse connue, qui détermine directement sa position à chaque instant.

Par une probabilité de présence, sans lui attribuer une position précise.

Explication

La mécanique quantique décrit la localisation de l’électron au moyen d’une probabilité de présence plutôt que d’une trajectoire déterminée. Une trajectoire circulaire stable correspond à une représentation du modèle de Bohr.

16. Quelle transformation le modèle quantique apporte-t-il à la description des électrons par rapport au modèle de Bohr ?

Il conserve l’énergie quantifiée, mais remplace les orbites circulaires stables par une description probabiliste.
Il rend l’énergie continue et remplace les orbites par des positions précises et fixes.
Il conserve l’énergie quantifiée et impose des orbites elliptiques déterminées.
Il rend l’énergie continue et conserve les orbites circulaires stables comme trajectoires exactes.

Il conserve l’énergie quantifiée, mais remplace les orbites circulaires stables par une description probabiliste.

Explication

Le modèle quantique conserve la quantification de l’énergie, tout en remplaçant les orbites circulaires stables par une description probabiliste. L’énergie continue n’est donc pas la transformation introduite par ce modèle.

17. Que représente une orbitale Ψ(x,y,z)\Psi(x,y,z) dans la description quantique d’un électron ?

Une trajectoire dépendant du temps qui donne la position exacte de l’électron à chaque instant.
Une énergie potentielle qui mesure directement la distance entre l’électron et le noyau.
Une fonction qui indique uniquement la quantité de mouvement de l’électron, sans décrire son état.
Une fonction d’onde indépendante du temps qui décrit l’état de l’électron et permet de calculer sa probabilité de présence.

Une fonction d’onde indépendante du temps qui décrit l’état de l’électron et permet de calculer sa probabilité de présence.

Explication

Une orbitale est une fonction d’onde indépendante du temps qui décrit l’état de l’électron et permet de calculer sa probabilité de présence. Une trajectoire donnant sa position exacte relève d’une représentation déterministe plutôt que de cette définition.

18. Que caractérise une orbitale en termes d’énergie et de localisation électronique ?

Elle désigne une région d’énergie continue où l’électron possède une position connue à chaque instant.
Elle définit une trajectoire précise et indique la vitesse constante de l’électron dans cette région.
Elle est associée à une énergie et définit une région de l’espace où l’électron se trouve le plus souvent.
Elle indique la charge de l’électron et la région où le noyau se trouve le plus souvent.

Elle est associée à une énergie et définit une région de l’espace où l’électron se trouve le plus souvent.

Explication

Chaque orbitale est associée à une énergie et délimite une région de l’espace où l’électron se trouve le plus souvent. Elle ne correspond pas à une trajectoire précise fournissant la position exacte à chaque instant.

19. Selon le principe d’exclusion de Pauli, combien d’électrons peuvent être associés à une même orbitale au maximum ?

Quatre électrons.
Deux électrons.
Trois électrons.
Un électron.

Deux électrons.

Explication

Le principe d’exclusion de Pauli limite à deux le nombre d’électrons par orbitale. La limite d’un électron confondrait cette règle avec une occupation plus restrictive que celle énoncée par le principe.

20. Pour une couche de nombre quantique principal n=3n=3, quelles valeurs le nombre quantique secondaire ll peut-il prendre ?

−2,−1,0,1,2-2, -1, 0, 1, 2
1,2,31, 2, 3
0,1,20, 1, 2
0,1,2,30, 1, 2, 3

$$0, 1, 2$$

Explication

Pour un entier positif nn, le nombre quantique ll prend les valeurs entières de 00 à n−1n-1, donc 0,1,20,1,2 lorsque n=3n=3. La série commençant à 11 omet la valeur nulle, qui est permise pour ll.

21. Si le nombre quantique secondaire vaut l=2l=2, quelles valeurs le nombre quantique magnétique mlm_l peut-il prendre ?

0,1,20, 1, 2
−2,−1,0,1,2-2, -1, 0, 1, 2
−3,−2,−1,0,1,2,3-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3
−1,0,1-1, 0, 1

$$-2, -1, 0, 1, 2$$

Explication

Le nombre quantique magnétique prend les valeurs entières de −l-l à +l+l, ce qui donne cinq valeurs pour l=2l=2. La série −1,0,1-1,0,1 correspond à l=1l=1 et ne couvre donc pas les valeurs permises dans ce cas.

22. Comment l’énergie des orbitales dépend-elle des nombres quantiques dans un atome polyélectronique, comparativement à un atome hydrogénoïde ?

Dans un atome polyélectronique, elle dépend de n ; dans un atome hydrogénoïde, elle dépend de n et de l.
Dans les deux types d’atomes, elle dépend de n et de l.
Dans les deux types d’atomes, elle dépend uniquement de l.
Dans un atome polyélectronique, elle dépend de n et de l ; dans un atome hydrogénoïde, elle dépend de n.

Dans un atome polyélectronique, elle dépend de n et de l ; dans un atome hydrogénoïde, elle dépend de n.

Explication

Dans un atome polyélectronique, l’énergie dépend des nombres quantiques n et l, alors que dans un atome hydrogénoïde elle dépend uniquement de n. L’idée que l’énergie hydrogénoïde dépend aussi de l inverse cette distinction.

23. Lorsqu’un atome passe à son état fondamental, comment ses électrons occupent-ils les orbitales disponibles ?

Ils occupent d’abord les orbitales de plus basse énergie, puis celles de plus haute énergie.
Ils se répartissent dans les orbitales sans tenir compte de leur énergie.
Ils occupent d’abord les orbitales ayant le plus grand nombre quantique principal.
Ils occupent d’abord les orbitales de plus haute énergie, puis celles de plus basse énergie.

Ils occupent d’abord les orbitales de plus basse énergie, puis celles de plus haute énergie.

Explication

L’état fondamental correspond à la configuration de plus basse énergie, obtenue en remplissant d’abord les orbitales les moins énergétiques. Le remplissage par les orbitales les plus énergétiques caractériserait une configuration qui ne minimise pas l’énergie.

24. Que désigne le spin de l’électron ?

Son moment magnétique intrinsèque, qui peut avoir deux orientations dans un champ magnétique.
Son niveau d’énergie principal, qui peut prendre deux valeurs dans un champ magnétique.
Son mouvement orbital autour du noyau, qui peut avoir deux trajectoires dans un champ magnétique.
Sa charge électrique, qui peut adopter deux signes dans un champ magnétique.

Son moment magnétique intrinsèque, qui peut avoir deux orientations dans un champ magnétique.

Explication

Le spin est une propriété intrinsèque de l’électron associée à son moment magnétique, lequel peut prendre deux orientations dans un champ magnétique. Le mouvement orbital décrit la position de l’électron autour du noyau et n’est pas la définition du spin.

25. Quelles valeurs le nombre quantique de spin msm_s peut-il prendre ?

+12+\frac{1}{2} et −12-\frac{1}{2}
+12+\frac{1}{2} et +1+1
00 et 11
−1-1 et 11

$$+\frac{1}{2}$$ et $$-\frac{1}{2}$$

Explication

Le nombre quantique de spin msm_s possède deux valeurs possibles, +12+\frac{1}{2} et −12-\frac{1}{2}. Les valeurs entières proposées correspondent à une confusion avec les types de valeurs associées à d’autres nombres quantiques.

26. Que décrit la configuration électronique d’un atome dans son état fondamental ?

La distribution de ses électrons entre les différents isotopes de l’atome.
La succession des transitions de ses électrons vers des états excités.
La répartition de ses électrons entre les couches et sous-couches disponibles.
La répartition de ses protons entre le noyau et les couches électroniques.

La répartition de ses électrons entre les couches et sous-couches disponibles.

Explication

La configuration électronique indique comment les électrons sont répartis entre les couches et sous-couches disponibles dans l’état fondamental. Les transitions vers des états excités décrivent des changements d’état, et non la définition de cette configuration.

27. Pour établir la configuration fondamentale d’un atome, quelle règle exprime le principe de stabilité ?

Répartir les électrons également entre les niveaux, indépendamment de leur énergie.
Associer chaque électron à un niveau différent, même si un niveau inférieur est disponible.
Placer chaque électron dans le niveau disponible de plus haute énergie afin de maximiser l’énergie totale.
Placer chaque électron dans le niveau disponible de plus basse énergie afin de minimiser l’énergie totale.

Placer chaque électron dans le niveau disponible de plus basse énergie afin de minimiser l’énergie totale.

Explication

Le principe de stabilité conduit à placer les électrons dans les niveaux disponibles de plus basse énergie pour minimiser l’énergie totale de l’état fondamental. Choisir les niveaux les plus énergétiques aurait l’effet opposé et ne donnerait pas l’état fondamental.

28. Quelle contrainte le principe d’exclusion de Pauli impose-t-il à l’occupation d’une orbitale ?

Elle peut contenir trois électrons si leurs spins sont différents.
Elle peut contenir au maximum deux électrons de spins identiques.
Elle peut contenir au maximum deux électrons de spins opposés.
Elle peut contenir un nombre quelconque d’électrons si leurs nombres quantiques principaux diffèrent.

Elle peut contenir au maximum deux électrons de spins opposés.

Explication

Le principe de Pauli interdit à deux électrons du même atome d’avoir les quatre mêmes nombres quantiques, ce qui limite une orbitale à deux électrons de spins opposés. Deux électrons de spins identiques dans la même orbitale violeraient cette contrainte.

29. Comment la règle de Hund guide-t-elle le remplissage de plusieurs orbitales de même énergie ?

Elle favorise d’abord des électrons non appariés dans des orbitales distinctes.
Elle impose le remplissage des orbitales de plus haute énergie en premier.
Elle favorise d’abord l’appariement des électrons dans une seule orbitale.
Elle limite chaque orbitale à deux électrons de spins identiques.

Elle favorise d’abord des électrons non appariés dans des orbitales distinctes.

Explication

La règle de Hund favorise la répartition d’électrons non appariés dans des orbitales dégénérées distinctes avant leur appariement. L’appariement immédiat dans une seule orbitale confond cette règle avec une stratégie de remplissage opposée.

30. Selon la règle de Klechkowsky, comment départage-t-on deux orbitales ayant la même valeur de n+ln+l lors du remplissage électronique ?

On remplit d’abord l’orbitale ayant le plus grand nombre quantique secondaire ll.
On remplit d’abord l’orbitale dont la sous-couche contient le moins d’orbitales.
On remplit d’abord l’orbitale ayant le plus petit nombre quantique principal nn.
On remplit d’abord l’orbitale ayant le plus grand nombre quantique principal nn.

On remplit d’abord l’orbitale ayant le plus petit nombre quantique principal $$n$$.

Explication

À valeur égale de n+ln+l, la règle donne la priorité à l’orbitale de plus petit nn. Choisir le plus grand nn inverse précisément ce critère de départage.

31. Lorsqu’un métal de transition forme un cation, quels électrons sont arrachés en premier, même si leur orbitale s s’est remplie avant les orbitales d ?

Les électrons de l’orbitale (n−1)d(n-1)d.
Les électrons de la couche de plus petit nombre quantique principal.
Les électrons de l’orbitale nsns.
Les électrons de l’orbitale npnp.

Les électrons de l’orbitale $$ns$$.

Explication

Lors de la formation du cation, les électrons nsns sont arrachés avant ceux de (n−1)d(n-1)d, bien que l’orbitale nsns se remplisse d’abord. Confondre l’ordre de remplissage avec celui de l’arrachement conduit à retirer les électrons d en premier.

32. Quelle caractéristique définit les orbitales de valence ?

Ce sont les orbitales remplies lors de la dernière période du tableau périodique.
Ce sont les orbitales qui contiennent nécessairement les électrons les plus énergétiques de l’atome.
Ce sont les orbitales susceptibles de participer à la formation de liaisons chimiques.
Ce sont les orbitales qui déterminent exclusivement le nombre de neutrons de l’atome.

Ce sont les orbitales susceptibles de participer à la formation de liaisons chimiques.

Explication

Une orbitale de valence est définie par sa possibilité de jouer un rôle dans la formation des liaisons chimiques. L’énergie élevée peut caractériser certaines orbitales, mais ne constitue pas à elle seule la définition de la valence.

33. À quoi correspond une période de la classification périodique ?

À l’apparition d’une configuration externe semblable chez les éléments d’une même colonne.
Au remplissage complet d’une sous-couche donnée dans tous les éléments d’une ligne.
Au remplissage d’une couche électronique correspondant à une valeur de nn comprise entre 1 et 7.
Au nombre d’orbitales de valence présentes dans chaque élément de la ligne.

Au remplissage d’une couche électronique correspondant à une valeur de $$n$$ comprise entre 1 et 7.

Explication

Chaque période correspond au remplissage d’une couche électronique, avec un nombre quantique principal nn allant de 1 à 7. Une configuration externe semblable caractérise plutôt les éléments d’un même groupe.

34. Pourquoi les éléments d’un même groupe du tableau périodique présentent-ils des propriétés chimiques semblables ?

Ils remplissent tous la même couche électronique principale.
Leur configuration électronique externe est semblable.
Leurs noyaux contiennent le même nombre de protons.
Ils possèdent le même nombre total d’électrons.

Leur configuration électronique externe est semblable.

Explication

Les éléments d’un même groupe ont une configuration électronique externe semblable, associée à leurs propriétés chimiques. Ils n’ont pas le même nombre total d’électrons, puisque celui-ci varie avec le numéro atomique.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 77 flashcards sur Atomes et configuration électronique.

Quelle formule exprime la force entre deux charges ponctuelles dans le vide ?

F=qq′4πε0r2F = \frac{q q'}{4\pi\varepsilon_0 r^2}

Dans la formule de la force de Coulomb, que représente rr ?

La distance entre les deux charges.

Quelle interaction existe entre deux corps portant des charges de même signe ?

Ils se repoussent.

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