QCM : Chimie générale : atomes et quantification (29 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Combien d’entités chimiques contient une mole d’une espèce donnée ?

1,2044×10241{,}2044 \times 10^{24} entités
6,022×10226{,}022 \times 10^{22} entités
6,022×10236{,}022 \times 10^{23} entités
3,011×10233{,}011 \times 10^{23} entités

$$6{,}022 \times 10^{23}$$ entités

Explication

Une mole contient le nombre d’Avogadro, soit 6,022×10236{,}022 \times 10^{23} entités de l’espèce considérée. La valeur 6,022×10226{,}022 \times 10^{22} correspond à un facteur dix de moins.

2. Un calcul énergétique utilise des valeurs exprimées en unités non SI, alors que le résultat doit être donné dans une unité demandée. Quelle démarche convient ?

Remplacer les unités non SI par des unités SI sans modifier les valeurs numériques
Effectuer le calcul dans les unités données, puis convertir chaque valeur d’entrée en unités SI
Convertir les grandeurs en unités SI avant le calcul, puis convertir le résultat dans l’unité demandée
Convertir uniquement la grandeur recherchée en unités SI avant le calcul

Convertir les grandeurs en unités SI avant le calcul, puis convertir le résultat dans l’unité demandée

Explication

Les grandeurs doivent d’abord être converties en unités SI pour effectuer le calcul, puis le résultat est reconverti dans l’unité demandée. Convertir les valeurs d’entrée seulement après le calcul ne garantit pas un résultat cohérent.

3. Dans la notation nucléaire ZAX^{A}_{Z}X, que représentent les nombres AA et ZZ ?

AA est le nombre de nucléons et ZZ le nombre de protons, égal au nombre d’électrons dans un atome neutre
AA est le nombre de neutrons et ZZ le nombre de protons, égal au nombre d’électrons dans un atome neutre
AA est le nombre de protons et ZZ le nombre de nucléons, égal au nombre d’électrons dans un atome neutre
AA est le nombre de nucléons et ZZ le nombre de neutrons, égal au nombre d’électrons dans un atome neutre

$$A$$ est le nombre de nucléons et $$Z$$ le nombre de protons, égal au nombre d’électrons dans un atome neutre

Explication

Le nombre de masse AA compte les nucléons, tandis que le numéro atomique ZZ compte les protons et correspond aussi aux électrons lorsque l’atome est neutre. Assimiler ZZ au nombre de neutrons confond deux constituants différents du noyau.

4. Un atome est noté ZAX^{A}_{Z}X. Quelle expression donne son nombre de neutrons ?

A×ZA\times Z
A−ZA-Z
Z−AZ-A
A+ZA+Z

$$A-Z$$

Explication

Le nombre de masse est la somme des protons et des neutrons, et le nombre de protons vaut ZZ ; le nombre de neutrons est donc A−ZA-Z. L’expression A+ZA+Z additionne au lieu de retirer le nombre de protons.

5. Un atome perd deux électrons. Quel type d’ion obtient-on et quelle est sa charge ?

Un atome neutre de charge nulle
Un cation de charge positive
Un anion de charge négative
Un isotope de charge positive

Un cation de charge positive

Explication

La perte d’électrons forme un cation, qui porte une charge positive ; la perte de deux électrons donne ici une charge +2e+2e. Un anion se forme au contraire lorsqu’un atome gagne des électrons.

6. Deux atomes sont des isotopes du même élément. Quelle caractéristique les distingue ?

Ils ont le même nombre d’électrons, mais des nombres de protons et des propriétés chimiques différents
Ils ont le même nombre de protons, mais des nombres de neutrons et des masses différents
Ils ont des nombres de protons différents, mais des propriétés chimiques et des masses identiques
Ils ont le même nombre de nucléons, mais des numéros atomiques et des masses différents

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

Explication

Les isotopes d’un élément ont le même numéro atomique, donc le même nombre de protons, mais diffèrent par leurs neutrons et leur nombre de masse. Avoir seulement le même nombre d’électrons caractérise plutôt des espèces isoélectroniques, qui ne sont pas nécessairement des isotopes.

7. Que désigne la masse molaire d’une espèce chimique, et dans quelle unité s’exprime-t-elle ?

La masse d’une entité de cette espèce, exprimée en g⋅mol−1\mathrm{g\cdot mol^{-1}}
Le nombre d’entités dans une mole de cette espèce, exprimé en mol−1\mathrm{mol^{-1}}
La masse d’une mole de cette espèce, exprimée en g⋅mol−1\mathrm{g\cdot mol^{-1}}
Le volume d’une mole de cette espèce, exprimé en g⋅mol−1\mathrm{g\cdot mol^{-1}}

La masse d’une mole de cette espèce, exprimée en $$\mathrm{g\cdot mol^{-1}}$$

Explication

La masse molaire correspond à la masse d’une mole de l’espèce et s’exprime en grammes par mole. La masse d’une entité seule n’est pas la masse molaire.

8. Un composé contient nin_i atomes de chaque élément ii. Quelle relation permet de calculer sa masse molaire à partir des masses molaires atomiques ?

M(composeˊ)=∑ini/M(atome i)M(\text{composé})=\sum_i n_i/M(\text{atome }i)
M(composeˊ)=∑iM(atome i)/niM(\text{composé})=\sum_i M(\text{atome }i)/n_i
M(composeˊ)=∏iniM(atome i)M(\text{composé})=\prod_i n_iM(\text{atome }i)
M(composeˊ)=∑iniM(atome i)M(\text{composé})=\sum_i n_iM(\text{atome }i)

$$M(\text{composé})=\sum_i n_iM(\text{atome }i)$$

Explication

La masse molaire du composé s’obtient en additionnant, pour chaque élément, sa masse molaire atomique multipliée par le nombre d’atomes correspondant. Diviser chaque masse molaire par le nombre d’atomes ne tient pas compte de la contribution de chaque atome au composé.

9. Que se passe-t-il lors d’une réaction chimique au niveau des atomes et de la matière ?

Les atomes se transforment en éléments différents, tandis que la matière reste conservée.
Les atomes se réorganisent en produits, tandis que la matière et la charge sont conservées.
Les réactifs changent d’état sans réorganisation des atomes, tandis que la matière est conservée.
Les atomes se réorganisent en produits, tandis que la charge est consommée au cours de la réaction.

Les atomes se réorganisent en produits, tandis que la matière et la charge sont conservées.

Explication

Une réaction chimique réorganise les atomes des réactifs pour former des produits, sans créer ni détruire de matière et en conservant la charge. La transformation des atomes en éléments différents ne correspond pas à une réaction chimique ordinaire.

10. À quoi servent les coefficients stœchiométriques lorsqu’on équilibre une équation chimique ?

À montrer quel réactif sera consommé en premier dans les conditions de réaction.
À assurer la conservation de la matière et de la charge entre réactifs et produits.
À préciser l’état physique des réactifs sans modifier les quantités représentées.
À indiquer la vitesse de réaction nécessaire pour former les produits attendus.

À assurer la conservation de la matière et de la charge entre réactifs et produits.

Explication

Les coefficients stœchiométriques sont choisis pour que la matière et la charge soient conservées dans l’équation. Ils ne donnent pas directement la vitesse de réaction, qui est une autre caractéristique.

11. Quelle différence distingue une réaction totale d’un système à l’équilibre chimique ?

Une réaction totale s’arrête lorsque le réactif limitant est épuisé, tandis qu’à l’équilibre réactifs et produits coexistent sans épuisement total d’un réactif.
Une réaction totale atteint un équilibre entre réactifs et produits, tandis qu’à l’équilibre les produits sont éliminés.
Une réaction totale s’arrête lorsque les produits disparaissent, tandis qu’à l’équilibre les réactifs sont tous transformés.
Une réaction totale conserve des réactifs et des produits en coexistence, tandis qu’à l’équilibre le réactif limitant est épuisé.

Une réaction totale s’arrête lorsque le réactif limitant est épuisé, tandis qu’à l’équilibre réactifs et produits coexistent sans épuisement total d’un réactif.

Explication

Dans une réaction totale, le réactif limitant est épuisé, alors qu’à l’équilibre réactifs et produits coexistent sans disparition complète d’un réactif. La coexistence des deux catégories caractérise donc l’équilibre, pas la réaction totale.

12. À la fin d’une réaction, comment le réactif limitant se distingue-t-il d’un réactif en excès ?

Les deux réactifs sont totalement consommés, mais le réactif limitant intervient en plus faible quantité.
Le réactif limitant demeure en partie, tandis que le réactif en excès est totalement consommé.
Le réactif limitant forme les produits, tandis que le réactif en excès reste chimiquement inchangé.
Le réactif limitant est totalement consommé, tandis qu’une partie du réactif en excès demeure.

Le réactif limitant est totalement consommé, tandis qu’une partie du réactif en excès demeure.

Explication

Le réactif limitant est totalement consommé à la fin de la réaction, contrairement au réactif présent en excès. Un réactif en excès peut participer à la transformation, mais il en reste une partie.

13. Que représente la concentration molaire d’un composé et dans quelle unité s’exprime-t-elle ?

Le nombre de moles de composé par litre de solution, exprimé en mol·L⁻¹.
Le volume de composé par mole de solution, exprimé en L·mol⁻¹.
Le nombre de grammes de composé par mole, exprimé en g·mol⁻¹.
La masse de composé par litre de solution, exprimée en g·L⁻¹.

Le nombre de moles de composé par litre de solution, exprimé en mol·L⁻¹.

Explication

La concentration molaire correspond au nombre de moles d’un composé par litre et s’exprime en mol·L⁻¹. La masse par litre est plutôt la concentration massique, exprimée en g·L⁻¹.

14. Une solution contient une masse donnée de soluté dans un volume connu : quelle grandeur exprime la masse de soluté par litre ?

La masse molaire, exprimée en g·mol⁻¹.
La concentration massique, exprimée en g·L⁻¹.
La concentration molaire, exprimée en mol·L⁻¹.
La quantité de matière, exprimée en mol.

La concentration massique, exprimée en g·L⁻¹.

Explication

La concentration massique rapporte la masse du composé au volume de solution et s’exprime en g·L⁻¹. La concentration molaire rapporte plutôt le nombre de moles au volume.

15. Une solution a une concentration massique CM(A)CM(A) et le composé a une masse molaire Mmol(A)M_{\mathrm{mol}}(A) : comment calcule-t-on [A][A] ?

[A]=CM(A)Mmol(A)[A]=\frac{CM(A)}{M_{\mathrm{mol}}(A)}
[A]=Mmol(A)CM(A)[A]=\frac{M_{\mathrm{mol}}(A)}{CM(A)}
[A]=CM(A)+Mmol(A)[A]=CM(A)+M_{\mathrm{mol}}(A)
[A]=CM(A)×Mmol(A)[A]=CM(A)\times M_{\mathrm{mol}}(A)

$$[A]=\frac{CM(A)}{M_{\mathrm{mol}}(A)}$$

Explication

La concentration molaire se calcule en divisant la concentration massique par la masse molaire. La multiplication donne au contraire la relation permettant de retrouver la concentration massique à partir de la concentration molaire.

16. Quelle simplification est correcte pour le produit ax⋅aya^x\cdot a^y, lorsque les deux puissances ont la même base ?

axya^{xy}
ax−ya^{x-y}
ax+ya^{x+y}
(2a)x+y(2a)^{x+y}

$$a^{x+y}$$

Explication

Pour des puissances de même base, on additionne les exposants : ax⋅ay=ax+ya^x\cdot a^y=a^{x+y}. Le produit des exposants ne constitue pas la règle de multiplication des puissances de même base.

17. Dans un tableau de proportionnalité, la correspondance 2→42\rightarrow4 et 3→?3\rightarrow? respecte un rapport constant : quelle valeur manque ?

12
8
6
5

6

Explication

Le rapport entre la seconde valeur et la première est 4/2=24/2=2, donc la valeur correspondant à 3 est 3×2=63\times2=6. La valeur 8 ne respecte pas le même rapport constant.

18. Une onde lumineuse a une période TT. Quelle relation donne sa fréquence et sa longueur d’onde dans le vide ?

ν=T\nu=T et λ=cν\lambda=c\nu
ν=cT\nu=\frac{c}{T} et λ=Tc\lambda=\frac{T}{c}
ν=1T\nu=\frac{1}{T} et λ=cν\lambda=\frac{c}{\nu}
ν=Tc\nu=\frac{T}{c} et λ=1T\lambda=\frac{1}{T}

$$\nu=\frac{1}{T}$$ et $$\lambda=\frac{c}{\nu}$$

Explication

La fréquence est l’inverse de la période, et la longueur d’onde est la célérité divisée par la fréquence. La relation λ=cν\lambda=c\nu inverse à tort le lien entre longueur d’onde et fréquence.

19. Quelle description caractérise un photon ?

Une particule de masse nulle associée à la lumière, se déplaçant à la célérité cc et portant l’énergie E=hνE=h\nu
Une onde sans énergie associée à la lumière, se déplaçant à la célérité cc et caractérisée par sa fréquence
Une particule massive associée à la lumière, se déplaçant à la célérité cc et portant l’énergie E=hνE=h\nu
Une particule de masse nulle associée à la lumière, dont l’énergie vaut E=hνE=\frac{h}{\nu}

Une particule de masse nulle associée à la lumière, se déplaçant à la célérité $$c$$ et portant l’énergie $$E=h\nu$$

Explication

Un photon est une particule de masse nulle qui se déplace à la célérité de la lumière et dont l’énergie est proportionnelle à sa fréquence. Une particule massive ne correspond pas à cette définition, même si son énergie est écrite sous la même forme.

20. Lequel de ces systèmes est un hydrogénoïde ?

Un ion Li2+\mathrm{Li}^{2+} constitué d’un noyau et d’un seul électron
Un ion He+\mathrm{He}^{+} constitué d’un noyau et de deux électrons
Une molécule formée de deux noyaux et d’un seul électron
Un atome de lithium neutre constitué d’un noyau et de trois électrons

Un ion $$\mathrm{Li}^{2+}$$ constitué d’un noyau et d’un seul électron

Explication

Un hydrogénoïde possède un seul électron autour d’un noyau de charge +Ze+Ze, comme l’ion Li2+\mathrm{Li}^{2+}. L’ion He+\mathrm{He}^{+} est également proche de cette catégorie, mais il ne possède qu’un électron : en revanche, l’option qui lui attribue deux électrons n’est pas un hydrogénoïde.

21. Pour un hydrogénoïde de charge nucléaire +Ze+Ze, comment varie l’énergie du niveau de nombre quantique principal nn ?

Elle vaut En=−13,6n2Z2 eVE_n=-13{,}6\frac{n^2}{Z^2}\,\mathrm{eV}
Elle vaut En=+13,6Z2n2 eVE_n=+13{,}6\frac{Z^2}{n^2}\,\mathrm{eV}
Elle vaut En=−13,6Z2n2 eVE_n=-13{,}6\frac{Z^2}{n^2}\,\mathrm{eV}
Elle vaut En=−13,6Zn eVE_n=-13{,}6\frac{Z}{n}\,\mathrm{eV}

Elle vaut $$E_n=-13{,}6\frac{Z^2}{n^2}\,\mathrm{eV}$$

Explication

L’énergie des niveaux d’un hydrogénoïde est négative et varie comme Z2/n2Z^2/n^2. L’expression avec n2/Z2n^2/Z^2 inverse la dépendance vis-à-vis de la charge nucléaire et du niveau.

22. Quelle association distingue correctement les comportements ondulatoire et corpusculaire de la lumière ?

Le comportement ondulatoire est décrit par les photons, tandis que le comportement corpusculaire est lié aux interférences.
Le comportement ondulatoire est lié aux interférences, tandis que le comportement corpusculaire est caractérisé par la longueur d’onde.
Le comportement ondulatoire est lié à la longueur d’onde et aux photons, tandis que le comportement corpusculaire est décrit par les interférences.
Le comportement ondulatoire est lié à la longueur d’onde et aux interférences, tandis que le comportement corpusculaire est décrit par les photons.

Le comportement ondulatoire est lié à la longueur d’onde et aux interférences, tandis que le comportement corpusculaire est décrit par les photons.

Explication

La longueur d’onde et les interférences caractérisent le comportement ondulatoire, alors que les photons décrivent le comportement corpusculaire. Associer les photons au comportement ondulatoire confond les deux descriptions.

23. Une particule a une quantité de mouvement pp. Quelle longueur d’onde lui associe la relation de de Broglie ?

λ=hp2\lambda=\frac{h}{p^2}
λ=hp\lambda=hp
λ=hp\lambda=\frac{h}{p}
λ=ph\lambda=\frac{p}{h}

$$\lambda=\frac{h}{p}$$

Explication

La relation de de Broglie associe à une particule de quantité de mouvement pp la longueur d’onde h/ph/p. La formule hphp fait varier la longueur d’onde dans le mauvais sens lorsque la quantité de mouvement augmente.

24. Que permet de conclure le principe d’incertitude de Heisenberg sur la position et la quantité de mouvement selon xx ?

Le produit Δx Δpx\Delta x\,\Delta p_x est au plus égal à h2\frac{h}{2}, ce qui fixe précisément les deux grandeurs.
Le produit Δx Δpx\Delta x\,\Delta p_x est égal à zéro, ce qui rend les deux grandeurs simultanément certaines.
La somme Δx+Δpx\Delta x+\Delta p_x est au moins égale à h2\frac{h}{2}, ce qui rend incertaine la seule position.
Le produit Δx Δpx\Delta x\,\Delta p_x est au moins égal à h2\frac{h}{2}, ce qui empêche de connaître les deux grandeurs simultanément avec certitude.

Le produit $$\Delta x\,\Delta p_x$$ est au moins égal à $$\frac{h}{2}$$, ce qui empêche de connaître les deux grandeurs simultanément avec certitude.

Explication

Le principe impose une limite inférieure au produit des incertitudes, empêchant une connaissance simultanée certaine de la position et de la quantité de mouvement. Une borne supérieure ne traduirait pas cette limite fondamentale.

25. Pourquoi décrit-on un électron atomique différemment d’un corps macroscopique en mécanique ?

L’électron suit une trajectoire classique grâce à sa faible masse, tandis que le corps macroscopique requiert une description quantique.
L’incertitude sur la vitesse est négligeable pour l’électron, mais importante pour un corps macroscopique, ce qui inverse les descriptions adaptées.
Les deux systèmes ont des incertitudes comparables, mais la mécanique classique s’applique davantage à l’électron.
L’incertitude sur la vitesse est importante pour l’électron et empêche de lui attribuer une trajectoire classique, alors qu’elle est négligeable pour un corps macroscopique.

L’incertitude sur la vitesse est importante pour l’électron et empêche de lui attribuer une trajectoire classique, alors qu’elle est négligeable pour un corps macroscopique.

Explication

Pour un électron atomique, l’incertitude sur la vitesse est importante et interdit de lui attribuer une trajectoire classique, contrairement au cas macroscopique où cette incertitude est négligeable. L’idée que l’électron suit une trajectoire classique en raison de sa faible masse renverse cette distinction.

26. Pour une fonction d’onde hydrogénoïde ψn,l,m\psi_{n,l,m}, quelles valeurs les trois nombres quantiques peuvent-ils prendre ?

nn est un entier positif, ll vérifie 0≤l≤n0\leq l\leq n et mm vérifie −n≤m≤n-n\leq m\leq n
nn est un entier positif, ll vérifie 0≤l≤n−10\leq l\leq n-1 et mm vérifie −n≤m≤n-n\leq m\leq n
nn est un entier positif, ll vérifie 0≤l≤n−10\leq l\leq n-1 et mm vérifie −l≤m≤l-l\leq m\leq l
nn est un entier positif, ll vérifie 1≤l≤n−11\leq l\leq n-1 et mm vérifie −l≤m≤l-l\leq m\leq l

$$n$$ est un entier positif, $$l$$ vérifie $$0\leq l\leq n-1$$ et $$m$$ vérifie $$-l\leq m\leq l$$

Explication

Le nombre quantique ll va de zéro à n−1n-1, puis mm prend des valeurs entières comprises entre −l-l et +l+l. Étendre directement les valeurs de mm jusqu’à ±n\pm n ne respecte pas sa dépendance à l’égard de ll.

27. Dans un hydrogénoïde, que peut-on conclure si deux fonctions d’onde ont le même nombre quantique principal nn, mais des valeurs différentes de ll ou de mm ?

Elles ont la même énergie et la même fonction d’onde, puisque nn est identique.
Elles ont la même énergie, mais leur fonction d’onde peut être différente.
Elles ont des énergies différentes, mais leur fonction d’onde est identique.
Elles ont des énergies différentes et des fonctions d’onde identiques dès que ll est identique.

Elles ont la même énergie, mais leur fonction d’onde peut être différente.

Explication

Dans un hydrogénoïde, l’énergie dépend de nn seul, tandis que la fonction d’onde dépend de nn, ll et mm. Affirmer que l’énergie varie avec ll ou mm confond la dépendance de l’énergie avec celle de la fonction d’onde.

28. Combien de fonctions d’onde sont associées à un même niveau d’énergie EnE_n dans un hydrogénoïde ?

2n2n fonctions d’onde
nn fonctions d’onde
n2n^2 fonctions d’onde
2n22n^2 fonctions d’onde

$$n^2$$ fonctions d’onde

Explication

La dégénérescence du niveau d’énergie EnE_n est n2n^2. Le nombre nn correspond au nombre de valeurs possibles de ll, mais ne compte pas toutes les valeurs possibles de mm.

29. Quelle propriété décrit le nombre quantique de spin msm_s de l’électron ?

Il vaut +12+\frac{1}{2} ou −12-\frac{1}{2} et est indépendant de nn, ll et mm.
Il vaut 00 ou 11 et dépend du nombre quantique principal nn.
Il prend toutes les valeurs entières entre −l-l et +l+l et est indépendant de nn.
Il vaut +12+\frac{1}{2} ou −12-\frac{1}{2} et dépend de la valeur de mm.

Il vaut $$+\frac{1}{2}$$ ou $$-\frac{1}{2}$$ et est indépendant de $$n$$, $$l$$ et $$m$$.

Explication

Le spin de l’électron est décrit par un quatrième nombre quantique, qui prend les valeurs +1/2+1/2 ou −1/2-1/2 indépendamment de nn, ll et mm. Les valeurs entières comprises entre −l-l et +l+l décrivent plutôt le nombre quantique magnétique mm.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 71 flashcards sur Chimie générale : atomes et quantification.

Combien d’entités contient une mole d’une espèce chimique ?

6,022×10236{,}022 \times 10^{23} entités.

Dans quel système convertir les grandeurs avant un calcul avec des unités non SI ?

Dans les unités SI.

Dans la notation ZAX^{A}_{Z}X, que représente AA ?

Le nombre de nucléons.

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Approfondir avec la fiche

Consultez la fiche de révision complète sur Chimie générale : atomes et quantification.

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