QCM : Spectres et systèmes monoélectroniques (30 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quel est l’objet général de la chimie lorsque des substances différentes sont mises en présence ?

Décrire, expliquer et prévoir les transformations de la matière
Décrire uniquement la composition des substances présentes
Expliquer les propriétés des organismes vivants
Mesurer les quantités de matière sans étudier leurs transformations

Décrire, expliquer et prévoir les transformations de la matière

Explication

La chimie s’intéresse aux transformations de la matière en les décrivant, en les expliquant et en les prévoyant. La composition seule, les organismes vivants et la mesure des quantités ne définissent pas à eux seuls cet objet général.

2. Du sel NaCl est dissous dans l’eau et se retrouve dispersé dans la solution, sans que de nouvelles substances apparaissent : comment classer ce changement ?

Comme une transformation chimique où la solution devient un élément différent
Comme une transformation physique où NaCl demeure sous une autre forme
Comme une transformation physique où NaCl cesse d’exister dans la solution
Comme une transformation chimique où NaCl est remplacé par de nouvelles substances

Comme une transformation physique où NaCl demeure sous une autre forme

Explication

Lors d’une transformation physique telle que la dissolution du sel, NaCl demeure présent sous une forme dissoute. La formation de nouvelles substances relèverait d’une transformation chimique, tandis que la disparition visuelle ne signifie pas que NaCl a disparu chimiquement.

3. Pour étudier une réaction, une équipe veut expliquer pourquoi elle se produit, décrire son déroulement et prévoir quand elle aura lieu. Quel ensemble de facteurs et de mécanismes correspond à ces trois objectifs ?

Énergie pour expliquer, vitesse seule pour décrire, rupture et formation des liaisons pour prévoir
Énergie pour expliquer, rupture et formation des liaisons pour décrire, conditions opératoires pour prévoir
Rupture et formation des liaisons pour expliquer, énergie pour décrire, conditions opératoires pour prévoir
Conditions opératoires pour expliquer, rupture et formation des liaisons pour décrire, énergie pour prévoir

Énergie pour expliquer, rupture et formation des liaisons pour décrire, conditions opératoires pour prévoir

Explication

L’aspect énergétique aide à expliquer pourquoi une réaction se produit, les ruptures et formations de liaisons décrivent comment elle se déroule, et les conditions opératoires, dont température et pression, aident à prévoir quand elle se produit. Inverser énergie et liaisons confond explication et description; réduire la description à la vitesse ou échanger les conditions et l’énergie attribue mal ces rôles.

4. Un échantillon contient des atomes de carbone et d’oxygène. Quelle classification s’applique si ces atomes appartiennent à plusieurs éléments ?

Un corps simple
Un mélange de corps simples par définition
Un corps composé
Un corps simple si les atomes sont liés

Un corps composé

Explication

Un corps composé est constitué d’atomes de plusieurs éléments; un corps simple ne contient que des atomes d’un même élément. Le nombre d’atomes et le fait qu’ils soient liés ne remplacent pas ce critère de classification.

5. Quel modèle atomique les travaux de Rutherford ont-ils mis en évidence en 1911 ?

Une théorie où les atomes s’associent en molécules sans noyau central décrit
Un atome lacunaire avec un noyau positif central et des électrons en trajectoires circulaires
Un noyau positif entouré d’un nuage électronique sans trajectoires circulaires précisées
Une sphère où les charges positives sont à l’intérieur et les charges négatives à l’extérieur

Un atome lacunaire avec un noyau positif central et des électrons en trajectoires circulaires

Explication

En 1911, Rutherford met en évidence un atome lacunaire, doté d’un noyau central positif autour duquel des électrons suivent des trajectoires circulaires. La sphère de charges renvoie au modèle Thomson-Lorentz, l’association des atomes en molécules à Dalton, et le nuage électronique ne reprend pas la caractéristique des trajectoires circulaires indiquée ici.

6. Quelle partie de l’atome contient les protons et les neutrons et porte une charge positive ?

L’atome dans son ensemble
Le noyau atomique
Le nuage électronique
La couche électronique externe

Le noyau atomique

Explication

Le noyau est la partie positive de l’atome qui contient les protons et les neutrons. Le nuage électronique désigne la région des électrons, la couche externe n’est pas le noyau, et l’atome neutre dans son ensemble n’est pas positif.

7. Un atome neutre possède un numéro atomique Z=17Z=17. Combien compte-t-il de protons et d’électrons ?

18 protons et 17 électrons
17 protons et 34 électrons
17 protons et 18 électrons
17 protons et 17 électrons

17 protons et 17 électrons

Explication

Le numéro atomique donne le nombre de protons et, pour un atome neutre, le nombre d’électrons est égal à celui des protons. Le nombre de masse, une charge opposée ou le nombre de neutrons ne modifie pas cette égalité.

8. Un atome a un numéro atomique Z=12Z=12 et possède N=13N=13 neutrons. Quel est son nombre de masse ?

A=12A=12
A=25A=25
A=38A=38
A=1A=1

$$A=25$$

Explication

Le nombre de masse est la somme du numéro atomique et du nombre de neutrons : A=Z+N=12+13=25A=Z+N=12+13=25. La soustraction donne une mauvaise opération, 1212 correspond au numéro atomique seul, et 3838 résulte d’un double comptage des neutrons.

9. Deux nucléides ont chacun 8 protons, mais l’un possède 8 neutrons et l’autre 10. Quelle relation les unit ?

Ce sont des ions du même nucléide
Ce sont des isotopes du même élément
Ce sont des nucléides identiques
Ce sont des éléments différents de même masse

Ce sont des isotopes du même élément

Explication

Des nucléides ayant le même nombre de protons et des nombres de neutrons différents sont des isotopes du même élément. Un nombre de masse différent ne crée pas un nouvel élément, et la différence de neutrons ne définit ni des ions ni des nucléides identiques.

10. Après l’ablation de la thyroïde, il reste quelques cellules thyroïdiennes chez un patient. Quel effet est recherché en lui administrant une gélule d’iode 131 radioactif ?

L’iode se fixe dans les cellules restantes et les détruit par son rayonnement
L’iode reconstitue la thyroïde et restaure ses cellules retirées
L’iode se fixe sur l’ensemble des organes et bloque leur activité
L’iode neutralise le rayonnement et protège les cellules restantes

L’iode se fixe dans les cellules restantes et les détruit par son rayonnement

Explication

L’iode 131 se fixe spécifiquement dans les cellules thyroïdiennes restantes et son rayonnement les détruit. Le traitement ne reconstitue pas la glande, ne vise pas l’ensemble des organes et ne neutralise pas le rayonnement émis.

11. Pourquoi utilise-t-on la mole pour étudier les atomes et les molécules ?

Elle permet de considérer une quantité macroscopique de matière malgré la très faible masse des particules.
Elle permet de désigner un isotope présent dans un élément naturel.
Elle permet de regrouper les particules selon le volume qu’elles occupent.
Elle permet de mesurer directement la masse individuelle de chaque atome.

Elle permet de considérer une quantité macroscopique de matière malgré la très faible masse des particules.

Explication

La mole représente une quantité macroscopique de matière, adaptée à l’étude d’atomes et de molécules dont la masse est très faible. La masse individuelle, le volume et l’identité d’un isotope ne définissent pas son rôle.

12. Pour convertir une quantité de 2 mol2\,\text{mol} en nombre d’entités, quelle valeur de la constante d’Avogadro faut-il utiliser ?

6,022045×1024 mol−16{,}022045\times10^{24}\,\text{mol}^{-1}
12,04409×1023 mol−112{,}04409\times10^{23}\,\text{mol}^{-1}
6,022045×1023 mol−16{,}022045\times10^{23}\,\text{mol}^{-1}
6,022045×1022 mol−16{,}022045\times10^{22}\,\text{mol}^{-1}

$$6{,}022045\times10^{23}\,\text{mol}^{-1}$$

Explication

La constante d’Avogadro est le nombre d’entités par mole et vaut 6,022045×1023 mol−16{,}022045\times10^{23}\,\text{mol}^{-1}. La valeur doublée correspondrait au nombre d’entités dans deux moles, tandis que les autres réponses décalent la puissance de dix.

13. Un échantillon naturel d’un élément contient deux nucléides en proportions différentes. Comment déterminer sa masse atomique molaire ?

Calculer la moyenne arithmétique des masses atomiques des nucléides présents.
Calculer la moyenne des masses atomiques pondérée par les proportions naturelles.
Additionner les masses atomiques des nucléides présents dans l’échantillon.
Retenir la masse atomique du nucléide le plus abondant dans l’échantillon.

Calculer la moyenne des masses atomiques pondérée par les proportions naturelles.

Explication

La masse atomique molaire d’un élément naturel est la moyenne pondérée des masses atomiques de ses nucléides, en fonction de leurs proportions naturelles. Une moyenne simple, le choix du seul nucléide majoritaire et une somme non pondérée ignorent ces proportions.

14. Pour séparer les différentes composantes d’une onde lumineuse dans une expérience, quel instrument et quel principe faut-il employer ?

Un spectroscope utilisant généralement un prisme ou un réseau.
Un champ électrique séparant les composantes de l’onde lumineuse.
Un détecteur mesurant l’intensité globale de l’onde lumineuse.
Une source lumineuse produisant plusieurs fréquences distinctes.

Un spectroscope utilisant généralement un prisme ou un réseau.

Explication

La spectroscopie repose sur la décomposition des ondes lumineuses à l’aide d’un spectroscope, généralement muni d’un prisme ou d’un réseau. Un détecteur mesure plutôt un signal, et ni un champ électrique ni une source ne constituent le principe décrit.

15. Lorsqu’on caractérise complètement une onde électromagnétique selon les paramètres indiqués, quelles grandeurs faut-il relever ?

Sa vitesse de propagation, son amplitude et sa longueur d’onde.
Son amplitude, sa période et sa vitesse de propagation.
Sa période, sa fréquence et son intensité.
Sa vitesse de propagation, sa fréquence et sa longueur d’onde.

Sa vitesse de propagation, sa fréquence et sa longueur d’onde.

Explication

Les trois caractéristiques données pour une onde électromagnétique sont sa vitesse de propagation cc, sa fréquence ν\nu et sa longueur d’onde λ\lambda. L’amplitude, la période ou l’intensité ne remplacent pas l’une de ces caractéristiques dans cette liste.

16. Combien de raies comporte le spectre visible de l’atome d’hydrogène ?

Cinq raies distinctes
Trois raies distinctes
Quatre raies distinctes
Un spectre continu sans raies

Quatre raies distinctes

Explication

Le spectre visible de l’hydrogène comporte quatre raies distinctes. Le spectre continu correspond à la lumière blanche, et les autres nombres confondent les raies observées avec d’autres caractéristiques.

17. Pour décrire une raie de l’hydrogène, un étudiant utilise la relation généralisée de Ritz. Quelle expression doit-il employer, avec nn et pp entiers ?

ν=1λ=RH(1n2)\nu=\frac{1}{\lambda}=R_H\left(\frac{1}{n^2}\right)
ν=1λ=RH(1n2−1p2)\nu=\frac{1}{\lambda}=R_H\left(\frac{1}{n^2}-\frac{1}{p^2}\right)
ν=1λ=RH(1n−1p)\nu=\frac{1}{\lambda}=R_H\left(\frac{1}{n}-\frac{1}{p}\right)
ν=1λ=RH(1p2−1n2)\nu=\frac{1}{\lambda}=R_H\left(\frac{1}{p^2}-\frac{1}{n^2}\right)

$$\nu=\frac{1}{\lambda}=R_H\left(\frac{1}{n^2}-\frac{1}{p^2}\right)$$

Explication

La généralisation de Ritz exprime le nombre d’onde comme la différence des inverses des carrés des deux entiers, multipliée par RHR_H. L’expression à un seul niveau omet un terme, l’ordre inversé change le signe, et les inverses simples ne respectent pas la formule.

18. Dans le modèle de l’hydrogène, un électron est au niveau n=1n=1. Quelle description correspond à cet état ?

L’état fondamental, sur la trajectoire la plus proche du noyau
Un état ionisé, sans trajectoire liée au noyau
Un niveau excité, sur une trajectoire plus éloignée du noyau
L’état le plus énergétique, sur une trajectoire éloignée du noyau

L’état fondamental, sur la trajectoire la plus proche du noyau

Explication

Le niveau n=1n=1 est l’état fondamental et correspond à la trajectoire la plus proche du noyau. Un niveau excité a une valeur de nn supérieure et une énergie plus élevée.

19. Un électron passe d’un niveau d’énergie E1E_1 à un niveau supérieur E2E_2. Quelle relation relie l’écart énergétique au photon associé ?

ΔE=E2−E1=ν=cλ\Delta E=E_2-E_1=\nu=\frac{c}{\lambda}
ΔE=E2−E1=hν=hcλ\Delta E=E_2-E_1=h\nu=\frac{hc}{\lambda}
ΔE=E1−E2=hν=hcλ\Delta E=E_1-E_2=h\nu=\frac{hc}{\lambda}
ΔE=E2−E1=hλ=hcν\Delta E=E_2-E_1=h\lambda=\frac{hc}{\nu}

$$\Delta E=E_2-E_1=h\nu=\frac{hc}{\lambda}$$

Explication

L’écart entre les niveaux est E2−E1E_2-E_1 et correspond à l’énergie du photon, hν=hc/λh\nu=hc/\lambda. Inverser les niveaux change le signe, tandis que les autres expressions omettent ou substituent incorrectement des facteurs.

20. Lorsqu’on étudie une particule de faible masse, quelle différence distingue la mécanique quantique de la mécanique classique quant à la position et à la vitesse à l’instant tt ?

La mécanique quantique fixe une trajectoire déterminant simultanément ces deux grandeurs
La mécanique quantique ne permet pas de connaître simultanément ces deux grandeurs avec précision
La mécanique classique ne permet pas de connaître simultanément ces deux grandeurs avec précision
La mécanique quantique ne permet de connaître avec précision ni la position ni la vitesse séparément

La mécanique quantique ne permet pas de connaître simultanément ces deux grandeurs avec précision

Explication

Pour une particule de faible masse, la mécanique quantique ne permet pas de connaître simultanément avec précision sa position et sa vitesse, contrairement à la description classique par une trajectoire. Cela ne signifie pas que chaque grandeur soit impossible à mesurer séparément.

21. Une représentation de l’électron utilise une fonction d’onde indépendante du temps Ψ(x,y,z)\Psi(x,y,z). Quelle grandeur permet d’interpréter la probabilité de présence de l’électron ?

La fonction d’onde Ψ(x,y,z)\Psi(x,y,z) elle-même
Les coordonnées x,y,zx,y,z prises séparément
Le carré de la fonction d’onde Ψ(x,y,z)\Psi(x,y,z)
La fonction d’onde Ψ(x,y,z,t)\Psi(x,y,z,t) elle-même

Le carré de la fonction d’onde $$\Psi(x,y,z)$$

Explication

Le carré de la fonction d’onde décrit la probabilité de présence, tandis que la fonction d’onde elle-même n’a pas de sens physique direct. Les coordonnées indiquent un point et ne constituent pas la probabilité.

22. Quels nombres quantiques définissent une orbitale atomique obtenue en résolvant l’équation de Schrödinger ?

n, l et m_l
n et m_l
n, l et m_s
n, l, m_l et m_s

n, l et m_l

Explication

Une orbitale atomique est définie par les trois nombres quantiques n, l et m_l. m_s caractérise l’électron dans l’orbitale, tandis que le spin ne fait pas partie des trois nombres qui définissent l’orbitale.

23. Pour un électron placé au niveau d’énergie n = 4, quelle valeur peut prendre le nombre quantique principal ?

3
0
4
4,5

4

Explication

Le nombre quantique principal n indique le niveau d’énergie et prend des valeurs entières positives à partir de 1 ; dans la situation décrite, n vaut 4. La valeur 3 correspondrait à un autre niveau, 0 n’est pas une valeur admise et 4,5 n’est pas entier.

24. Dans la couche n = 4, quelles valeurs de l sont possibles et quelles sous-couches désignent-elles ?

0 : sous-couche s
0, 1, 2, 3 et 4 : s, p, d, f et g
0, 1, 2 et 3 : s, p, d et f
−3 à +3 : sous-couches s à f

0, 1, 2 et 3 : s, p, d et f

Explication

Pour un niveau n, le nombre secondaire l prend les valeurs de 0 à n − 1 ; pour n = 4, cela donne 0, 1, 2 et 3, associés à s, p, d et f. Inclure 4 dépasse la limite, les valeurs négatives relèvent plutôt de m_l, et l = 0 ne décrit que s.

25. Pour un électron dont le nombre secondaire vaut l = 2, quelles valeurs le nombre magnétique m_l peut-il prendre ?

−2, −1, 0, 1, 2 et 3
−1, 0 et 1
−2, −1, 0, 1 et 2
0, 1 et 2

−2, −1, 0, 1 et 2

Explication

Le nombre magnétique m_l prend toutes les valeurs entières de −l à +l ; pour l = 2, il va de −2 à +2 inclus. La valeur unique 2 confond m_l et l, tandis que les autres listes omettent des valeurs admises ou dépassent la borne.

26. Quelle représentation décrit une orbitale s autour du noyau ?

Deux volumes égaux et tangents autour du noyau
Une distribution sphérique à probabilité constante sur une sphère centrée sur le noyau
Une sphère centrée sur le noyau où la probabilité est nulle
Une trajectoire circulaire de l’électron autour du noyau

Une distribution sphérique à probabilité constante sur une sphère centrée sur le noyau

Explication

Une orbitale s correspond à l = 0 et sa probabilité de présence est constante sur une sphère centrée sur le noyau. Les deux volumes tangents caractérisent les orbitales p, une trajectoire fixe n’est pas une représentation de l’orbitale, et la sphère n’est pas une région de probabilité nulle.

27. Quelle forme représente une orbitale p ?

Une trajectoire fermée autour du noyau
Une distribution sphérique autour du noyau
Deux volumes égaux et tangents
Une forme complexe à plusieurs lobes propre aux orbitales d

Deux volumes égaux et tangents

Explication

Les orbitales p, associées à l = 1, sont représentées par deux volumes égaux et tangents. La distribution sphérique caractérise s, les formes complexes sont associées à d, et une trajectoire fixe ne décrit pas une orbitale.

28. Un étudiant décrit une orbitale comme un chemin fixe suivi par l’électron autour du noyau. Quelle correction convient ?

C’est une surface sphérique qui décrit toute orbitale atomique
C’est le niveau d’énergie associé à l’électron
C’est une région où la probabilité de présence de l’électron est plus grande qu’ailleurs
C’est une trajectoire déterminée que l’électron suit autour du noyau

C’est une région où la probabilité de présence de l’électron est plus grande qu’ailleurs

Explication

Une orbitale atomique est une région de l’espace où la probabilité de présence de l’électron est plus grande qu’en d’autres endroits, et non une trajectoire fixe. La notion de niveau d’énergie est distincte, et la forme sphérique concerne les orbitales s, pas toutes les orbitales.

29. Parmi les systèmes suivants, lequel est un hydrogénoïde ?

L’ion Li⁺, qui possède deux électrons
L’atome He, qui possède deux électrons
L’ion He⁺, qui possède un seul électron
La molécule H₂, qui possède deux électrons

L’ion He⁺, qui possède un seul électron

Explication

Un hydrogénoïde est un système à un seul électron, comme He⁺. L’atome He et les ions Li⁺ ont plusieurs électrons, tandis que H₂ est une molécule.

30. Dans un diagramme énergétique, un étudiant compare deux orbitales de même nombre quantique principal n dans un ion He⁺. Quelle conclusion peut-il tirer sur leurs énergies ?

Elles ont la même énergie, car celle-ci dépend uniquement de n
Elles ont des énergies différentes selon leur position gauche-droite
Elles ont des énergies différentes si leurs valeurs de l diffèrent
Elles ont des énergies différentes si leurs valeurs de m_l diffèrent

Elles ont la même énergie, car celle-ci dépend uniquement de n

Explication

Dans l’hydrogène et les hydrogénoïdes, l’énergie dépend du seul nombre quantique principal n. La dépendance en l concerne les atomes à plusieurs électrons, m_l ne fixe pas ici l’énergie, et la position horizontale représente l’échelle énergétique.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 73 flashcards sur Spectres et systèmes monoélectroniques.

Que décrit, explique et prévoit la chimie ?

Les transformations de la matière lorsque différentes substances sont en présence.

Que se passe-t-il lors d’une transformation chimique ?

Certaines substances apparaissent et d’autres disparaissent.

Que devient le NaCl lors de sa dissolution dans l’eau ?

Il conserve sa substance sous une autre forme.

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