QCM : Chimie atomistique et structure électronique — 32 questions

Questions et réponses du QCM

1. Pourquoi l’orbitale 4s se remplit-elle avant les orbitales 3d dans la règle générale de remplissage électronique ?

Parce qu’elle possède davantage de lobes que les orbitales 3d
Parce qu’elle ne peut contenir qu’un seul électron
Parce qu’elle est toujours plus proche du noyau que toutes les orbitales 3d
Parce qu’elle est plus pénétrante que les orbitales 3d

Parce qu’elle est plus pénétrante que les orbitales 3d

Explication

L’orbitale 4s se remplit avant les orbitales 3d parce qu’elle est plus pénétrante. Cette règle générale connaît toutefois des exceptions pour le cuivre et le chrome.

2. Quel scientifique a établi en 1803 le premier modèle de la structure de la matière fondé sur l’existence des atomes ?

Ernest Rutherford
Niels Bohr
John Dalton
Joseph Thomson

John Dalton

Explication

John Dalton établit en 1803 le premier modèle atomique fondé sur l’existence des atomes. Son modèle considère toutefois l’atome comme indivisible.

3. Que représente le numéro atomique Z d’un élément ?

Le nombre total de nucléons de son noyau
Le nombre de neutrons de son noyau
La somme de ses protons et de ses électrons
Le nombre de protons de son noyau

Le nombre de protons de son noyau

Explication

Le numéro atomique Z correspond au nombre de protons du noyau et détermine la place de l’élément dans le tableau périodique. Dans un atome neutre, il est aussi égal au nombre d’électrons.

4. Quelle relation permet de calculer l’énergie d’un photon de fréquence ν ?

E = h/ν
E = ν/h
E = h + ν
E = hν

E = hν

Explication

L’énergie d’un photon est proportionnelle à sa fréquence selon la relation E = hν, où h est la constante de Planck.

5. Quelle expression traduit le principe d’incertitude de Heisenberg pour la position et la quantité de mouvement ?

Δr/Δp ≥ ℏ/2
Δr × Δp = 0
Δr + Δp ≥ ℏ/2
Δr × Δp ≥ ℏ/2

Δr × Δp ≥ ℏ/2

Explication

Le principe d’incertitude s’écrit Δr × Δp ≥ ℏ/2 : les incertitudes sur la position et la quantité de mouvement ne peuvent pas être simultanément arbitrairement faibles.

6. Quelle caractéristique distingue le modèle de Bohr du modèle de Schrödinger ?

Bohr exclut l’existence du noyau, tandis que Schrödinger la confirme
Bohr décrit une probabilité de présence, tandis que Schrödinger décrit des orbites quantifiées
Bohr décrit des orbites quantifiées, tandis que Schrödinger décrit une probabilité de présence
Bohr considère l’électron comme neutre, tandis que Schrödinger le considère comme positif

Bohr décrit des orbites quantifiées, tandis que Schrödinger décrit une probabilité de présence

Explication

Le modèle de Bohr, formulé en 1913, associe l’électron à des orbites quantifiées et à des énergies précises. Le modèle de Schrödinger utilise plutôt une probabilité de présence.

7. Que représente un nœud dans une orbitale, et combien de nœuds radiaux possède une orbitale s de nombre quantique principal n ?

Une région où l’électron est immobile, au nombre de n + 1
Une région où la probabilité de trouver l’électron est nulle, au nombre de n − 1
Une région correspondant au noyau, au nombre de 2n
Une région où la probabilité de trouver l’électron est maximale, au nombre de n

Une région où la probabilité de trouver l’électron est nulle, au nombre de n − 1

Explication

Un nœud est une région de probabilité électronique nulle. Une orbitale s caractérisée par le nombre quantique principal n possède n − 1 nœuds radiaux.

8. Pourquoi la masse atomique relative d’un élément n’est-elle généralement pas égale à la masse d’un seul isotope ?

Parce qu’elle est une moyenne pondérée des masses isotopiques
Parce qu’elle correspond uniquement au nombre de protons
Parce qu’elle mesure la masse totale des électrons de l’élément
Parce qu’elle est toujours fixée par l’isotope le plus léger

Parce qu’elle est une moyenne pondérée des masses isotopiques

Explication

La masse atomique relative tient compte de tous les isotopes naturels et de leurs abondances : c’est une moyenne pondérée, non la masse d’un seul nucléide.

9. Pourquoi l’expérience de Rutherford avec une feuille d’or a-t-elle conduit à proposer l’existence d’un noyau central positif ?

Parce que la majorité des particules alpha a été fortement déviée
Parce que les électrons ont été observés sur des orbites circulaires
Parce que quelques particules alpha ont été fortement déviées alors que la majorité a traversé la matière
Parce que toutes les particules alpha ont été absorbées par la feuille

Parce que quelques particules alpha ont été fortement déviées alors que la majorité a traversé la matière

Explication

La plupart des particules alpha traversent la matière, tandis que certaines sont fortement déviées. Cette observation indique la présence d’un noyau central positif, très concentré.

10. Quelle caractéristique permet de distinguer deux isotopes d’un même élément ?

Ils ont le même Z et des A différents
Ils ont le même N et des éléments différents
Ils ont des Z et des A identiques
Ils ont le même A et des Z différents

Ils ont le même Z et des A différents

Explication

Deux isotopes possèdent le même numéro atomique Z, mais des nombres de masse A différents en raison d’un nombre de neutrons différent.

11. Un noyau possède 17 protons et 18 neutrons. Quel est son nombre de masse A ?

17
18
35
1

35

Explication

Le nombre de masse est la somme des protons et des neutrons : A = Z + N = 17 + 18 = 35.

12. Selon quelle règle construit-on généralement la configuration électronique d’un atome polyélectronique ?

En remplissant les orbitales selon l’ordre croissant d’énergie de Klechkowski
En remplissant les orbitales uniquement selon leur orientation spatiale
En remplissant d’abord les orbitales ayant le plus grand nombre quantique principal
En attribuant deux électrons à chaque orbitale sans considérer leur énergie

En remplissant les orbitales selon l’ordre croissant d’énergie de Klechkowski

Explication

La configuration électronique se construit en remplissant les orbitales dans l’ordre croissant de leur énergie, conformément à la règle de Klechkowski.

13. Deux isotopes ont des masses m₁ et m₂ et des abondances respectives de 70 % et 30 %. Quelle expression permet de calculer la masse atomique relative ?

(70m₁ + 30m₂) / 100
m₁ + m₂
(30m₁ + 70m₂) / 100
(m₁ + m₂) / 2

(70m₁ + 30m₂) / 100

Explication

La masse atomique relative se calcule par une moyenne pondérée : mᵣ = [m₁ × 70 + m₂ × 30] / 100.

14. Quelle combinaison décrit correctement les protons et les neutrons ?

Les protons sont neutres et les neutrons sont positifs
Les protons sont positifs et les neutrons sont neutres
Les protons sont négatifs et les neutrons sont positifs
Les protons et les neutrons sont tous deux neutres

Les protons sont positifs et les neutrons sont neutres

Explication

Le proton porte une charge positive, tandis que le neutron est dépourvu de charge. Leurs masses sont proches l’une de l’autre.

15. Combien d’orbitales atomiques correspondent à une sous-couche caractérisée par l = 2 ?

Cinq
Deux
Sept
Trois

Cinq

Explication

Le nombre d’orbitales est 2l + 1. Pour l = 2, on obtient 2 × 2 + 1 = 5 orbitales, celles de la sous-couche d.

16. Quelle observation expérimentale a permis à Joseph Thomson de mettre en évidence l’électron en 1897 ?

La déviation de particules alpha par une feuille d’or
La quantification des orbites électroniques
L’émission d’une onde stationnaire par un électron
L’impact d’électrons sur un écran de sulfure de zinc dans un tube de Crooks

L’impact d’électrons sur un écran de sulfure de zinc dans un tube de Crooks

Explication

Dans le tube de Crooks, des électrons éjectés d’un filament chauffé impactent un écran de sulfure de zinc, ce qui permet à Thomson de mettre l’électron en évidence.

17. Comment le modèle de Schrödinger décrit-il le mouvement de l’électron ?

Comme une trajectoire circulaire déterminée
Comme une particule immobile dans le noyau
Comme une orbite dont l’énergie varie continûment
Comme une onde stationnaire associée à une probabilité de présence

Comme une onde stationnaire associée à une probabilité de présence

Explication

En 1926, Schrödinger décrit l’électron comme une onde stationnaire et remplace la trajectoire précise par une probabilité de présence.

18. Quelle proposition décrit correctement l’unité de masse atomique u ?

Une unité définie par la masse totale d’un atome d’oxygène
Une unité relative définie à partir du carbone 12
Une unité égale à la masse d’un proton isolé
Une unité de masse réelle réservée aux objets macroscopiques

Une unité relative définie à partir du carbone 12

Explication

L’unité de masse atomique est définie à partir du carbone 12, dont la masse vaut 12 u, et sa valeur est environ 1,6606 × 10⁻²⁷ kg.

19. Quelle est l’énergie d’un niveau n dans un atome hydrogénoïde de numéro atomique Z ?

Eₙ = −13,6 Z²/n² eV
Eₙ = −13,6 n²/Z² eV
Eₙ = −13,6 Z/n² eV
Eₙ = 13,6 Z/n eV

Eₙ = −13,6 Z²/n² eV

Explication

Pour un atome hydrogénoïde, l’énergie électronique est donnée par Eₙ = −13,6 Z²/n² eV. Le signe négatif indique un état lié.

20. Quelle description distingue correctement les orbitales s et p ?

Une orbitale s possède deux lobes, tandis qu’une orbitale p est sphérique
Les orbitales s et p possèdent toutes deux quatre lobes séparés par des plans nodaux
Une orbitale s est sphérique, tandis qu’une orbitale p possède deux lobes séparés par un plan nodal
Les orbitales s et p sont toutes deux sphériques, mais leurs énergies diffèrent

Une orbitale s est sphérique, tandis qu’une orbitale p possède deux lobes séparés par un plan nodal

Explication

Les orbitales s ont une forme sphérique. Les orbitales p comportent deux lobes orientés selon un axe et séparés par un plan nodal.

21. Quelle expression représente la probabilité de trouver un électron dans un volume élémentaire dV ?

dP = dV/|Ψ|²
dP = |Ψ| dV²
dP = Ψ dV
dP = |Ψ|² dV

dP = |Ψ|² dV

Explication

La densité de probabilité locale est |Ψ|², donc la probabilité dans le volume dV vaut dP = |Ψ|² dV. La normalisation globale impose ensuite que l’intégrale sur tout l’espace soit égale à 1.

22. Quelle série classe correctement les orbitales selon une pénétration décroissante au sein d’une même couche principale ?

2s > 2p et 3d > 3p > 3s
2p > 2s et 3d > 3p > 3s
2s > 2p et 3s > 3p > 3d
2p > 2s et 3s > 3p > 3d

2s > 2p et 3s > 3p > 3d

Explication

Les orbitales s sont plus pénétrantes que les orbitales p de même couche, et la pénétration suit, pour n = 3, l’ordre 3s > 3p > 3d. Les électrons internes peuvent ainsi mieux écranter le noyau pour les électrons externes.

23. Selon la relation de De Broglie, comment varie la longueur d’onde associée à une particule lorsque sa quantité de mouvement augmente ?

Elle devient égale à la quantité de mouvement
Elle augmente selon λ = hp
Elle diminue selon λ = h/p
Elle reste constante quelle que soit la quantité de mouvement

Elle diminue selon λ = h/p

Explication

La longueur d’onde de De Broglie est donnée par λ = h/p. Elle diminue donc lorsque la quantité de mouvement p augmente.

24. Quelle différence distingue une excitation d’une ionisation de l’atome d’hydrogène ?

L’excitation arrache l’électron, tandis que l’ionisation le place dans un niveau supérieur
L’excitation conserve l’électron dans l’atome, tandis que l’ionisation l’en arrache
L’ionisation conserve l’électron dans son niveau initial
Les deux processus arrachent nécessairement l’électron

L’excitation conserve l’électron dans l’atome, tandis que l’ionisation l’en arrache

Explication

Une excitation élève l’électron vers un niveau d’énergie supérieur sans le libérer. Une énergie d’au moins 13,6 eV peut atteindre E = 0 et provoquer l’ionisation.

25. Pour n = 3, quelles sont les valeurs possibles du nombre quantique orbital l ?

0, 1 et 2
1, 2 et 3
Seulement 3
0, 1, 2 et 3

0, 1 et 2

Explication

Le nombre quantique orbital l varie de 0 à n − 1. Pour n = 3, les valeurs possibles sont donc 0, 1 et 2, correspondant aux sous-couches 3s, 3p et 3d.

26. Que se passe-t-il dans l’effet photoélectrique lorsque la fréquence incidente est inférieure à la fréquence seuil ν₀ ?

Des électrons sont extraits si l’intensité est suffisamment élevée
Les électrons sont extraits avec une énergie maximale
L’émission devient indépendante de la fréquence
Aucun électron n’est extrait, quelle que soit l’intensité

Aucun électron n’est extrait, quelle que soit l’intensité

Explication

Si ν < ν₀, aucun électron n’est extrait, même lorsque l’intensité lumineuse augmente. La fréquence doit dépasser le seuil pour que l’émission puisse avoir lieu.

27. Quelle comparaison entre les orbitales 2s et 2p est correcte ?

2p est toujours plus basse que 2s dans les deux types d’atomes
2s est plus basse que 2p dans l’hydrogène et elles deviennent dégénérées dans un atome polyélectronique
Elles ont la même énergie dans l’hydrogène, mais 2s est plus basse que 2p dans un atome polyélectronique
Elles ont des énergies différentes dans l’hydrogène et la même énergie dans un atome polyélectronique

Elles ont la même énergie dans l’hydrogène, mais 2s est plus basse que 2p dans un atome polyélectronique

Explication

Dans l’hydrogène, 2s et 2p sont dégénérées. Dans un atome polyélectronique, la répulsion électron-électron lève cette dégénérescence et place 2s à une énergie inférieure à 2p.

28. Quelle caractéristique distingue principalement la classification de Mendeleïev de la classification périodique actuelle ?

Mendeleïev utilisait la masse atomique, tandis que la classification actuelle utilise Z
Les deux classifications reposaient exclusivement sur le nombre de neutrons
Mendeleïev utilisait Z, tandis que la classification actuelle utilise la masse atomique
Mendeleïev ne tenait pas compte de la périodicité des propriétés chimiques

Mendeleïev utilisait la masse atomique, tandis que la classification actuelle utilise Z

Explication

En 1869, Mendeleïev classait les éléments selon la masse atomique croissante et la périodicité de leurs propriétés, alors que la classification actuelle suit le numéro atomique croissant.

29. Selon quel critère les éléments sont-ils rangés dans la classification périodique actuelle ?

Selon leur masse atomique décroissante
Selon leur numéro atomique croissant
Selon leur état physique à température ambiante
Selon leur nombre de neutrons croissant

Selon leur numéro atomique croissant

Explication

La classification périodique actuelle ordonne les éléments par numéro atomique Z croissant et regroupe notamment des familles chimiques comme les alcalins, les halogènes et les gaz rares.

30. Quelle valeur correspond approximativement à la charge électrique d’un électron ?

−1,602 × 10⁻¹⁹ C
−9,1094 × 10⁻³¹ C
0 C
+1,602 × 10⁻¹⁹ C

−1,602 × 10⁻¹⁹ C

Explication

La charge de l’électron vaut −1,602 × 10⁻¹⁹ C. La valeur 9,1094 × 10⁻³¹ correspond à sa masse, et non à sa charge.

31. Combien de neutrons contient l’atome de fer ⁵⁶₂₆Fe ?

56
30
82
26

30

Explication

Le nombre de neutrons se calcule par N = A − Z. Pour ⁵⁶₂₆Fe, N = 56 − 26 = 30.

32. Que définit principalement le nombre quantique principal n ?

Le sens du spin de l’électron
La couche électronique
L’orientation de l’orbitale
La sous-couche électronique

La couche électronique

Explication

Le nombre quantique principal n définit la couche électronique et prend les valeurs entières positives 1, 2, 3, etc. Le nombre l définit, lui, la sous-couche.

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Qu'est-ce que signifie « atomos » introduit au Vᵉ siècle avant J.-C. ?

Indivisible.

Qui ont proposé que la matière soit formée de particules invisibles et indivisibles ?

Démocrite et Empédocle.

En quelle année John Dalton a-t-il établi le premier modèle atomique ?

En 1803.

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