QCM : Matière et changements d’état (34 questions)

Explication

Un atome possède un noyau formé de protons et de neutrons, tandis que les électrons se déplacent autour de lui. La présence d’électrons dans le noyau confond leur emplacement avec celui des nucléons.

Explication

Le nombre de nucléons $A$ est la somme des protons et des neutrons, donc $N=A-Z$ après soustraction du nombre de protons. L’addition ou la multiplication ne permettent pas d’isoler les neutrons.

Explication

Un anion se forme lorsqu’un atome gagne des électrons, ce qui lui confère une charge négative. La perte d’électrons forme un cation, tandis que les variations de neutrons ne déterminent pas cette charge.

Explication

La neutralité électrique exige que les charges négatives des électrons compensent les charges positives des $Z$ protons. Le nombre de nucléons $A$ inclut aussi les neutrons et ne donne donc pas directement le nombre d’électrons.

Explication

Une molécule est constituée d’atomes reliés par des liaisons chimiques et elle est électriquement neutre. Une espèce formée d’ions ou portant une charge nette ne correspond pas à cette définition.

Explication

$H_2$ ne contient qu’un seul type d’atome, l’hydrogène, tandis que $H_2O$ contient de l’hydrogène et de l’oxygène. La confusion vient de l’idée erronée qu’une formule comportant plusieurs atomes serait forcément composée.

Explication

Un corps pur contient un seul type de molécule, comme l’eau distillée, alors qu’un mélange contient plusieurs types de molécules, comme le bronze avec le cuivre et l’étain. L’homogénéité visible ne suffit pas à définir un corps pur.

Explication

La matière contient des atomes, des ions ou des molécules, elle est électriquement neutre et sa masse se conserve lors des transformations. Elle ne se limite donc pas aux molécules et sa masse n’est pas créée par la transformation.

Explication

La mole est une unité de quantité de matière correspondant à $6,02\times10^{23}$ entités élémentaires. Elle compte des entités, tandis que le kilogramme mesure une masse.

Explication

Le nombre d’Avogadro indique le nombre d’entités élémentaires présentes dans une mole. Il ne donne pas la masse molaire, qui dépend de la substance étudiée.

Explication

La formule donne $M(H_2O)=2M(H)+M(O)=2\times1+16=18\ \mathrm{g\,mol^{-1}}$. La valeur $16\ \mathrm{g\,mol^{-1}}$ correspond à l’oxygène seul, sans tenir compte des deux atomes d’hydrogène.

Explication

La masse volumique relie la masse à l’espace occupé par le corps selon $\rho=\frac{m}{V}$ et s’exprime en kg·m⁻³. Le volume sur la masse correspond à l’inverse de cette grandeur, tandis que les deux autres opérations ne la définissent pas.

Explication

La masse volumique de l’eau pure vaut 1000 kg·m⁻³, ce qui équivaut à 1 g·cm⁻³ et à 1 kg·L⁻¹. Une valeur de 1 kg·L⁻¹ ne signifie donc pas que la grandeur vaut 1 kg·m⁻³.

Explication

La densité est le rapport $d=\frac{\rho_{corps}}{\rho_{eau}}$ et ne possède pas d’unité. Elle compare donc deux masses volumiques, et non deux masses ni leur différence.

Explication

La masse mesure la quantité de matière et ne dépend pas du lieu, alors que le poids est une force liée à l’intensité de la pesanteur. La variation de la pesanteur modifie donc le poids sans modifier la masse.

Explication

La relation $P=m\times g$ donne ici $P=5\times9,8=49\ \mathrm{N}$. La masse s’exprime en kilogrammes, tandis que le poids obtenu s’exprime en newtons.

Explication

La température caractérise l’agitation thermique des particules du corps. Elle ne correspond donc ni à sa quantité de matière, ni à son poids, ni à une mesure géométrique de contact.

Explication

La pression se calcule avec $p=\frac{F}{S}$, soit $p=\frac{60}{3}=20\ \mathrm{Pa}$. Le produit de la force par la surface ne correspond pas à la définition de la pression.

Explication

La poussée d’Archimède est une force verticale orientée vers le haut, exercée par le fluide au repos. Le poids agit en sens opposé, vers le bas, ce qui explique leur rôle opposé dans la flottabilité.

Explication

La poussée vaut $\Pi=\rho_{fluide}V_cg=1000\times0,020\times9,8=196\ \mathrm{N}$. Il faut utiliser le volume plongé dans le fluide, et non la masse du corps ou la totalité d’un volume qui ne serait pas immergé.

Explication

La masse volumique de l’objet est supérieure à celle de l’eau, qui vaut 1000 kg·m⁻³ ; sa densité est donc supérieure à 1 et il coule. Un objet plus dense que l’eau ne satisfait pas la condition de flottabilité lorsqu’il est totalement immergé.

Explication

Un objet partiellement immergé flotte lorsque la poussée d’Archimède équilibre son poids et que sa densité est inférieure à 1. Une poussée nulle ou une force de même direction que le poids ne permettrait pas cet équilibre.

Explication

Un solide garde sa forme et son volume, alors qu’un liquide garde son volume mais adopte la forme du récipient. La deuxième proposition inverse les propriétés respectives du solide et du liquide.

Explication

Un gaz se répartit dans tout l’espace disponible et peut être comprimé, puisqu’il ne possède ni forme ni volume propres. La deuxième proposition décrit plutôt une propriété attribuée à tort au gaz.

Explication

La polarité de l’eau résulte des liaisons O–H polaires et de la géométrie coudée, qui sépare les barycentres des charges. La deuxième proposition est incorrecte, car elle attribue à l’eau une forme linéaire et des liaisons non polaires.

Explication

Une liaison hydrogène est une attraction électrique entre un hydrogène partiellement positif et un atome électronégatif partiellement négatif d’une autre molécule. La quatrième proposition décrit une liaison O–H intramoléculaire, et non une interaction entre molécules.

Explication

Un changement d’état est une transformation physique : les molécules se réorganisent, mais leur nature chimique reste inchangée. La deuxième proposition confond cette transformation physique avec une réaction chimique.

Explication

La liquéfaction désigne le passage de l’état gazeux à l’état liquide. La vaporisation correspond au passage inverse, du liquide vers le gaz.

Explication

L’évaporation est une vaporisation lente qui se produit à l’interface entre l’eau et l’air, y compris sous 100 °C. Les autres propositions décrivent une vaporisation dans tout le liquide, caractéristique de l’ébullition.

Explication

Lors d’un changement d’état, la masse est conservée, mais le volume peut changer avec l’organisation des molécules. La quatrième proposition est incorrecte, car elle impose à tort une conservation du volume.

Explication

L’air contient majoritairement du diazote, qui représente environ 78 %, puis du dioxygène à hauteur d’environ 21 %. Confondre les proportions du diazote et du dioxygène conduit à inverser les deux gaz principaux.

Explication

La pression atmosphérique normale vaut environ 1013 hPa, ce qui équivaut à 101 300 Pa dans les conditions indiquées. La pression diminue avec l’altitude, mais cette valeur de référence est mesurée près du niveau de la mer.

Explication

En partant de la surface terrestre, l’ordre est la troposphère, la stratosphère, la mésosphère, la thermosphère, puis l’exosphère. L’ordre inverse décrit la progression depuis l’espace vers le sol, et les autres séquences échangent des couches.

Explication

La relation $P\times V=nRT$ implique qu’à quantité de matière et température constantes, le produit de la pression par le volume reste constant. Une pression doublée entraîne donc un volume réduit de moitié, et non un volume doublé.