QCM : De l’atome aux espèces chimiques — 27 questions

Questions et réponses du QCM

1. Parmi ces liquides, lequel possède la plus grande masse volumique ?

L’huile d’olive, avec 0,92 g⋅cm−30{,}92\,\mathrm{g\cdot cm^{-3}}.
Un mélange d’huile et d’éthanol, avec 0,85 g⋅cm−30{,}85\,\mathrm{g\cdot cm^{-3}}.
L’éthanol, avec 0,79 g⋅cm−30{,}79\,\mathrm{g\cdot cm^{-3}}.
L’eau, avec 1,00 g⋅cm−31{,}00\,\mathrm{g\cdot cm^{-3}}.

L’eau, avec $$1{,}00\,\mathrm{g\cdot cm^{-3}}$$.

Explication

La masse volumique de l’eau, 1,00 g⋅cm−31{,}00\,\mathrm{g\cdot cm^{-3}}, est supérieure à celle de l’huile d’olive et de l’éthanol. L’huile d’olive est donc moins dense que l’eau, même si elle est plus dense que l’éthanol.

2. Lorsqu’un atome devient un ion monoatomique, quelle modification se produit ?

La composition du noyau et le nombre d’électrons changent simultanément.
Le nombre de neutrons change tandis que le nombre de protons reste constant.
Le nombre de protons change tandis que les électrons restent inchangés.
Le nombre d’électrons change tandis que le noyau reste inchangé.

Le nombre d’électrons change tandis que le noyau reste inchangé.

Explication

La formation d’un ion monoatomique résulte d’un gain ou d’une perte d’électrons, sans modification du noyau. L’idée d’un changement du nombre de protons confond l’ionisation avec la transformation en un autre élément.

3. Quelle association entre ion métallique, réactif hydroxyde et précipité est correcte ?

Cu²⁺ forme Cu(OH)₂ bleu, Fe²⁺ forme Fe(OH)₂ vert foncé et Fe³⁺ forme Fe(OH)₃ orange
Cu²⁺ forme Fe(OH)₂ orange, Fe²⁺ forme Cu(OH)₂ bleu et Fe³⁺ forme Fe(OH)₃ vert foncé
Cu²⁺ forme Cu(OH)₂ vert foncé, Fe²⁺ forme Fe(OH)₃ orange et Fe³⁺ forme Fe(OH)₂ bleu
Cu²⁺ forme Fe(OH)₃ bleu, Fe²⁺ forme Fe(OH)₂ orange et Fe³⁺ forme Cu(OH)₂ vert foncé

Cu²⁺ forme Cu(OH)₂ bleu, Fe²⁺ forme Fe(OH)₂ vert foncé et Fe³⁺ forme Fe(OH)₃ orange

Explication

Les ions hydroxyde donnent avec Cu²⁺ un précipité bleu de Cu(OH)₂, avec Fe²⁺ un précipité vert foncé de Fe(OH)₂ et avec Fe³⁺ un précipité orange de Fe(OH)₃. La confusion la plus fréquente consiste à attribuer la couleur ou la formule de Fe²⁺ à Fe³⁺, ou inversement.

4. Quelle démarche permet d’identifier expérimentalement un ion présent dans une solution ?

Ajouter un réactif caractéristique, observer un précipité éventuel et comparer ses propriétés
Chauffer la solution, mesurer sa température et comparer son volume initial
Filtrer la solution, peser le filtre et déduire l’ion à partir de sa masse
Agiter la solution, examiner sa limpidité et attribuer l’ion selon son acidité

Ajouter un réactif caractéristique, observer un précipité éventuel et comparer ses propriétés

Explication

L’identification repose sur l’ajout d’un réactif caractéristique, puis sur l’observation du précipité éventuel, de sa couleur et de sa formule. La masse du filtre ou la température de la solution ne fournit pas le critère caractéristique décrit ici.

5. Pour un éluant donné, deux dépôts présentent le même rapport frontal. Quelle conclusion est compatible avec ce résultat ?

Ils ont parcouru des distances différentes avec le même éluant
Ils ont nécessairement des masses identiques
Ils proviennent nécessairement de solutions de même concentration
Ils peuvent correspondre à la même espèce chimique

Ils peuvent correspondre à la même espèce chimique

Explication

Pour un éluant donné, une même espèce chimique possède le même rapport frontal, ce qui permet de comparer un dépôt à un témoin. Un rapport frontal identique ne renseigne pas directement sur la masse ni sur la concentration des dépôts.

6. Quelle expression permet d’estimer la masse d’un atome contenant AA nucléons ?

matome=A+1,67×10−27 kgm_{atome}=A+1{,}67\times10^{-27}\ \mathrm{kg}
matome=A×9,1×10−31 kgm_{atome}=A\times9{,}1\times10^{-31}\ \mathrm{kg}
matome=A×1,67×10−27 kgm_{atome}=A\times1{,}67\times10^{-27}\ \mathrm{kg}
matome=1,67×10−27 kgAm_{atome}=\frac{1{,}67\times10^{-27}\ \mathrm{kg}}{A}

$$m_{atome}=A\times1{,}67\times10^{-27}\ \mathrm{kg}$$

Explication

La masse de l’atome est pratiquement celle de son noyau et s’estime par matome=A×mnm_{atome}=A\times m_n, avec mn=1,67×10−27 kgm_n=1{,}67\times10^{-27}\ \mathrm{kg}. Utiliser la masse de l’électron donnerait une valeur trop faible, car celle-ci est très inférieure à celle d’un nucléon.

7. Dans une chromatographie sur papier, quelle association décrit correctement les deux phases ?

Le papier filtre est la phase fixe et l’éluant est la phase mobile
Le dépôt étudié est la phase fixe et le papier filtre est la phase mobile
Le papier filtre est la phase mobile et l’éluant est la phase fixe
L’éluant est la phase fixe et le dépôt étudié est la phase mobile

Le papier filtre est la phase fixe et l’éluant est la phase mobile

Explication

Le papier filtre reste en place et constitue donc la phase fixe, tandis que l’éluant se déplace sur le support et constitue la phase mobile. Confondre leurs rôles revient à inverser le support immobile et le liquide qui progresse.

8. Quelle description caractérise la structure d’un atome neutre ?

Un noyau négatif entouré de protons positifs immobiles
Des neutrons négatifs répartis autour d’un électron positif
Un noyau positif entouré d’électrons négatifs en mouvement désordonné
Un ensemble homogène de charges positives et négatives confondues

Un noyau positif entouré d’électrons négatifs en mouvement désordonné

Explication

L’atome possède un noyau central chargé positivement et des électrons négatifs qui se déplacent autour de lui. Un atome neutre contient autant de protons que d’électrons, et non des particules de charges inversées ou confondues.

9. Que signifie la formule MgCl2\mathrm{MgCl_2} pour le chlorure de magnésium solide ?

Elle indique un ion magnésium pour deux ions oxyde dans le composé.
Elle représente une molécule contenant deux atomes de chlore et un atome de magnésium.
Elle signifie que chaque ion magnésium porte deux molécules de chlorure.
Elle indique deux ions chlorure pour un ion magnésium dans le solide ionique.

Elle indique deux ions chlorure pour un ion magnésium dans le solide ionique.

Explication

La formule MgCl2\mathrm{MgCl_2} traduit la proportion de deux ions chlorure Cl−\mathrm{Cl^-} pour un ion magnésium Mg2+\mathrm{Mg^{2+}}. Dans ce solide ionique, cette écriture ne décrit pas une molécule indépendante.

10. Quel résultat caractérise la présence d’ions calcium Ca²⁺ lorsqu’on ajoute des ions oxalate C₂O₄²⁻ ?

La formation d’un précipité bleu de formule Cu(OH)₂
La formation d’un précipité blanc de formule CaC₂O₄
La formation d’un précipité orange de formule Fe(OH)₃
La formation d’un précipité blanc de formule BaSO₄

La formation d’un précipité blanc de formule CaC₂O₄

Explication

Les ions calcium réagissent avec les ions oxalate pour former le précipité blanc CaC₂O₄. Le composé BaSO₄ est associé à l’identification des ions sulfate avec des ions baryum, et non à celle du calcium par oxalate.

11. Deux noyaux sont-ils des isotopes lorsqu’ils possèdent quelles caractéristiques ?

Le même nombre de protons et le même nombre de neutrons.
Le même nombre de protons, mais des nombres différents de neutrons.
Des nombres différents de protons, mais le même nombre de neutrons.
Des nombres différents de protons et des nombres différents de neutrons.

Le même nombre de protons, mais des nombres différents de neutrons.

Explication

Les isotopes appartiennent au même élément, car leurs noyaux ont le même nombre de protons, mais ils diffèrent par leur nombre de neutrons. Des nombres différents de protons correspondent à des éléments différents.

12. Quel mélange obtient-on avec deux liquides miscibles ?

Un composé ionique solide formé par compensation des charges.
Un mélange hétérogène présentant plusieurs phases visibles.
Un mélange homogène présentant une seule phase visible.
Une espèce chimique constituée d’entités toutes identiques.

Un mélange homogène présentant une seule phase visible.

Explication

Deux liquides miscibles se mélangent uniformément et forment un mélange homogène à une seule phase. Les liquides non miscibles, au contraire, forment un mélange hétérogène comportant plusieurs phases.

13. Comment choisit-on les proportions d’ions dans la formule d’un composé ionique ?

On les choisit de manière que chaque ion possède une charge de valeur absolue égale.
On les choisit de manière que la masse totale des cations égale celle des anions.
On les choisit de manière que le nombre total d’ions positifs égale celui des ions négatifs.
On les choisit de manière que la charge totale du composé soit nulle.

On les choisit de manière que la charge totale du composé soit nulle.

Explication

Les indices de la formule sont déterminés pour équilibrer la somme des charges positives et négatives. Le nombre d’ions de chaque type n’a pas besoin d’être égal, car leurs charges peuvent avoir des valeurs différentes.

14. Dans l’écriture ZAX^{A}_{Z}X d’un atome, que représentent les lettres AA, ZZ et XX ?

AA est la masse atomique, ZZ le nombre de neutrons et XX le nom de l’atome
AA est le nombre de neutrons, ZZ le nombre d’électrons et XX le symbole chimique
AA est le nombre de nucléons, ZZ le nombre de protons et XX le symbole chimique
AA est le nombre de protons, ZZ le nombre de nucléons et XX la charge électrique

$$A$$ est le nombre de nucléons, $$Z$$ le nombre de protons et $$X$$ le symbole chimique

Explication

Dans cette notation, AA compte l’ensemble des nucléons, ZZ compte les protons et XX désigne l’élément chimique. Assimiler AA au seul nombre de protons inverse les rôles des deux nombres.

15. Pourquoi un composé ionique est-il électriquement neutre alors que ses ions sont chargés ?

Les neutrons du réseau cristallin annulent les charges des particules présentes.
Les ions perdent leur charge lorsqu’ils s’assemblent dans le solide.
Les cations portent une charge positive égale à celle des anions négatifs individuellement.
Les charges positives des cations compensent les charges négatives des anions.

Les charges positives des cations compensent les charges négatives des anions.

Explication

La neutralité du composé vient de la compensation globale entre les charges positives et négatives selon les proportions présentes. Chaque ion conserve toutefois sa charge propre dans le solide.

16. Comment appelle-t-on les particules qui constituent le noyau atomique ?

Les ions, c’est-à-dire les atomes ayant gagné ou perdu des électrons
Les électrons, c’est-à-dire les particules du cortège électronique
Les nucléons, c’est-à-dire les protons et les neutrons
Les isotopes, c’est-à-dire les noyaux de même charge

Les nucléons, c’est-à-dire les protons et les neutrons

Explication

Les nucléons sont les particules présentes dans le noyau : les protons et les neutrons. Les électrons appartiennent au cortège électronique, tandis que les ions et les isotopes désignent d’autres notions.

17. Un noyau possède A=23A=23 nucléons et Z=11Z=11 protons. Combien contient-il de neutrons ?

1212 neutrons
2323 neutrons
3434 neutrons
1111 neutrons

$$12$$ neutrons

Explication

Le nombre de neutrons se calcule avec N=A−ZN=A-Z, donc N=23−11=12N=23-11=12. Le nombre ZZ correspond aux protons, tandis que AA représente le total des nucléons.

18. Quelle affirmation compare correctement la charge électrique du proton et celle du neutron ?

Les deux particules portent la charge e=1,60×10−19 Ce=1{,}60\times10^{-19}\ \mathrm{C}
Le proton est neutre et le neutron porte la charge e=1,60×10−19 Ce=1{,}60\times10^{-19}\ \mathrm{C}
Le proton porte la charge e=1,60×10−19 Ce=1{,}60\times10^{-19}\ \mathrm{C} et le neutron est neutre
Le proton porte une charge négative et le neutron une charge positive

Le proton porte la charge $$e=1{,}60\times10^{-19}\ \mathrm{C}$$ et le neutron est neutre

Explication

Le proton possède une charge élémentaire positive de 1,60×10−19 C1{,}60\times10^{-19}\ \mathrm{C}, tandis que le neutron ne porte pas de charge électrique. La confusion fréquente consiste à attribuer cette charge au neutron ou à inverser les signes.

19. Quelle association entre ion identifié et précipité blanc est correcte ?

Cl⁻ avec SO₄²⁻ donne AgCl, tandis que Ba²⁺ avec Ag⁺ donne BaSO₄
Cl⁻ avec Ag⁺ donne AgCl, tandis que SO₄²⁻ avec Ba²⁺ donne BaSO₄
Cl⁻ avec Ba²⁺ donne BaCl₂, tandis que SO₄²⁻ avec Ag⁺ donne AgSO₄
Cl⁻ avec Ag⁺ donne BaSO₄, tandis que SO₄²⁻ avec Ba²⁺ donne AgCl

Cl⁻ avec Ag⁺ donne AgCl, tandis que SO₄²⁻ avec Ba²⁺ donne BaSO₄

Explication

Le chlorure forme AgCl avec les ions argent, tandis que le sulfate forme BaSO₄ avec les ions baryum. Les autres associations mélangent les réactifs ou attribuent à un ion le précipité caractéristique d’un autre test.

20. Quelle est la fonction principale de la chromatographie ?

Mesurer la masse totale d’un mélange et en calculer le volume
Séparer les constituants d’un mélange et les identifier par comparaison
Observer l’aspect général d’un mélange sans distinguer ses constituants
Transformer les constituants d’un mélange en une seule espèce chimique

Séparer les constituants d’un mélange et les identifier par comparaison

Explication

La chromatographie sépare les constituants d’un mélange et permet leur identification grâce à la comparaison avec des dépôts témoins. Une simple observation ne permet pas de distinguer ni d’identifier précisément ces constituants.

21. Pourquoi dit-on que la structure de l’atome est lacunaire ?

Le noyau est environ 100 000 fois plus petit que l’atome
Le noyau possède une charge environ 100 000 fois plus faible que l’atome
Les nucléons sont environ 100 000 fois moins nombreux que les électrons
Les électrons sont environ 100 000 fois plus grands que le noyau

Le noyau est environ 100 000 fois plus petit que l’atome

Explication

Le rayon atomique est de l’ordre de 10−10 m10^{-10}\ \mathrm{m}, alors que le rayon du noyau est environ 100 000 fois plus petit. Cette différence d’échelle signifie que la plus grande partie du volume de l’atome est dépourvue de matière nucléaire.

22. Quelle distinction caractérise un cation et un anion ?

Un cation possède davantage de neutrons, tandis qu’un anion possède davantage de protons.
Un cation est positif après une perte d’électrons, tandis qu’un anion est négatif après un gain d’électrons.
Un cation et un anion sont deux noyaux neutres ayant des nombres différents d’électrons.
Un cation est négatif après un gain d’électrons, tandis qu’un anion est positif après une perte d’électrons.

Un cation est positif après une perte d’électrons, tandis qu’un anion est négatif après un gain d’électrons.

Explication

La perte d’électrons laisse un excès de charge positive et forme un cation, tandis que le gain d’électrons crée un anion négatif. La charge d’un ion dépend donc de son bilan électronique, et non de son nombre de neutrons.

23. Quel critère permet de regrouper des atomes et des ions monoatomiques dans un même élément chimique ?

Ils possèdent la même masse volumique et donc le même état physique.
Ils possèdent le même nombre d’électrons et donc la même charge électrique.
Ils possèdent le même nombre de protons et donc le même numéro atomique.
Ils possèdent le même nombre de neutrons et donc la même masse nucléaire.

Ils possèdent le même nombre de protons et donc le même numéro atomique.

Explication

Un élément chimique est défini par son nombre de protons, appelé numéro atomique ZZ. Des ions d’un même élément peuvent avoir des nombres d’électrons différents, ce qui exclut ce critère.

24. Qu’est-ce qu’une espèce chimique ?

Un très grand nombre d’entités chimiques identiques, qui peuvent être des molécules, des atomes ou des ions.
Une association d’atomes forcément liés en molécules électriquement neutres.
Un mélange de particules différentes réparties de manière uniforme dans un récipient.
Un unique noyau caractérisé par un nombre déterminé de protons et de neutrons.

Un très grand nombre d’entités chimiques identiques, qui peuvent être des molécules, des atomes ou des ions.

Explication

Une espèce chimique rassemble un très grand nombre d’entités identiques, quelle que soit leur nature parmi les molécules, les atomes et les ions. Elle ne se limite donc pas aux molécules neutres.

25. Un objet de masse totale mtotalm_{total} est constitué d’atomes identiques de masse matomem_{atome}. Comment déterminer le nombre d’atomes qu’il contient ?

Natomes=mtotalmatomeN_{atomes}=\frac{m_{total}}{m_{atome}}
Natomes=mtotal×matomeN_{atomes}=m_{total}\times m_{atome}
Natomes=matomemtotalN_{atomes}=\frac{m_{atome}}{m_{total}}
Natomes=mtotal+matomeN_{atomes}=m_{total}+m_{atome}

$$N_{atomes}=\frac{m_{total}}{m_{atome}}$$

Explication

Le nombre d’atomes s’obtient en divisant la masse totale par la masse d’un atome : Natomes=mtotalmatomeN_{atomes}=\frac{m_{total}}{m_{atome}}. La multiplication ou l’inversion du quotient ne donnent pas un décompte d’atomes.

26. Un composé parcourt une distance h=3,0 cmh=3{,}0\ \mathrm{cm} tandis que le front de l’éluant parcourt H=6,0 cmH=6{,}0\ \mathrm{cm}. Quel est son rapport frontal ?

Rf=9,0R_f=9{,}0
Rf=3,0R_f=3{,}0
Rf=2,0R_f=2{,}0
Rf=0,50R_f=0{,}50

$$R_f=0{,}50$$

Explication

Le rapport frontal se calcule avec Rf=hHR_f=\frac{h}{H}, donc Rf=3,06,0=0,50R_f=\frac{3{,}0}{6{,}0}=0{,}50. La valeur 2,02{,}0 résulterait de l’inversion des distances, alors que la distance du composé doit être divisée par celle du front.

27. Un liquide a une masse de 120 g120\,\mathrm{g} et un volume de 100 cm3100\,\mathrm{cm^3}. Quelle expression permet de calculer sa masse volumique ?

ρ=100 cm3120 g\rho=\frac{100\,\mathrm{cm^3}}{120\,\mathrm{g}}
ρ=120 g+100 cm3\rho=120\,\mathrm{g}+100\,\mathrm{cm^3}
ρ=120 g100 cm3\rho=\frac{120\,\mathrm{g}}{100\,\mathrm{cm^3}}
ρ=120 g×100 cm3\rho=120\,\mathrm{g}\times100\,\mathrm{cm^3}

$$\rho=\frac{120\,\mathrm{g}}{100\,\mathrm{cm^3}}$$

Explication

La masse volumique se calcule en divisant la masse par le volume, selon ρ=mV\rho=\frac{m}{V}. Le quotient inverse correspond à une autre grandeur et le produit ou la somme ne donnent pas la masse volumique.

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De quoi est constitué un atome ?

D'un noyau chargé positivement et d'électrons chargés négativement en mouvement.

Quelle charge porte un proton ?

Une charge élémentaire positive de 1,60×10−19 C1{,}60\times10^{-19}\ \mathrm{C}.

Quelle charge électrique a un neutron ?

Il est électriquement neutre.

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