QCM : Structure atomique et configuration électronique (31 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quelle contribution Dimitri Mendeleïev a-t-il apportée à la classification des éléments en 1869 ?

Il a établi que les éléments se classent selon la charge électrique de leurs noyaux.
Il a classé les éléments dans un tableau, qui a ensuite servi à ordonner les atomes selon leur numéro atomique.
Il a décrit les éléments comme des corpuscules insécables en mouvement éternel.
Il a défini les éléments comme des atomes ayant le même nombre de neutrons.

Il a classé les éléments dans un tableau, qui a ensuite servi à ordonner les atomes selon leur numéro atomique.

Explication

En 1869, Mendeleïev a classé les éléments dans un tableau, qui a ensuite servi à organiser les atomes selon leur numéro atomique. La description des corpuscules insécables relève d’une doctrine antique, et non de sa contribution à la classification.

2. Que signifie le mot grec « atomos », à l’origine du mot « atome » ?

« Insécable », c’est-à-dire qui ne peut être divisé.
« En mouvement », c’est-à-dire animé d’un déplacement éternel.
« Plein », c’est-à-dire dépourvu de vide intérieur.
« Invisible », c’est-à-dire qui échappe à la perception.

« Insécable », c’est-à-dire qui ne peut être divisé.

Explication

« Atomos » signifie « insécable », une idée associée à la notion d’atome créée par Leucippe de Millet. « Invisible » caractérise la doctrine antique sur les corpuscules, mais ce n’est pas le sens du mot grec.

3. Que se passe-t-il lorsque l’on rapproche deux corps portant des charges de signes contraires ?

Ils s’attirent, tout comme deux corps de même signe.
Ils se repoussent, tout comme deux corps de même signe.
Ils s’attirent, tandis que deux corps de même signe se repoussent.
Ils se repoussent, tandis que deux corps de même signe s’attirent.

Ils s’attirent, tandis que deux corps de même signe se repoussent.

Explication

Les charges de signes contraires s’attirent, alors que celles de même signe se repoussent. L’idée que les charges de même signe s’attirent inverse la règle de l’interaction électrique.

4. Dans le vide, comment la force électrique entre deux charges ponctuelles varie-t-elle avec leur distance r ?

Elle est proportionnelle à r2r^2, selon F=qq′r24πε0F = \frac{q q' r^2}{4\pi\varepsilon_0}.
Elle est inversement proportionnelle à rr, selon F=qq′4πε0rF = \frac{q q'}{4\pi\varepsilon_0 r}.
Elle est inversement proportionnelle à r2r^2, selon F=qq′4πε0r2F = \frac{q q'}{4\pi\varepsilon_0 r^2}.
Elle est indépendante de rr, selon F=qq′4πε0F = \frac{q q'}{4\pi\varepsilon_0}.

Elle est inversement proportionnelle à $$r^2$$, selon $$F = \frac{q q'}{4\pi\varepsilon_0 r^2}$$.

Explication

La loi de Coulomb dans le vide place le carré de la distance au dénominateur, de sorte que la force varie comme 1/r21/r^2. Une dépendance en 1/r1/r ne correspond pas à cette formule, qui comporte le carré de la distance.

5. Quelles particules constituent principalement un atome ?

Les électrons, les neutrons et les ions.
Les protons, les neutrons et les molécules.
Les électrons, les protons et les neutrons.
Les électrons, les protons et les photons.

Les électrons, les protons et les neutrons.

Explication

Les principales particules constitutives de l’atome sont les électrons, les protons et les neutrons. Les photons ne font pas partie de cette liste de particules principales de l’atome.

6. Une molécule contient des atomes de carbone et d’oxygène : comment classer le corps constitué de molécules identiques de ce type ?

C’est un corps simple, car chaque molécule constitue une seule unité.
C’est un corps composé, car les molécules sont toutes identiques.
C’est un corps composé, car les molécules contiennent plusieurs espèces d’atomes.
C’est un corps simple, car toutes les molécules sont identiques.

C’est un corps composé, car les molécules contiennent plusieurs espèces d’atomes.

Explication

Un corps est composé lorsque ses molécules contiennent plusieurs espèces d’atomes, comme le carbone et l’oxygène dans ce cas. L’identité des molécules caractérise une substance, mais ne suffit pas à rendre le corps simple.

7. Un noyau est noté 1123X^{23}_{11}X : combien de neutrons contient-il ?

23 neutrons, car le nombre de neutrons est égal à AA.
11 neutrons, car le nombre de neutrons est égal à ZZ.
34 neutrons, car le nombre de neutrons vaut A+ZA+Z.
12 neutrons, car le nombre de neutrons vaut A−ZA-Z.

12 neutrons, car le nombre de neutrons vaut $$A-Z$$.

Explication

Dans cette notation, A=23A=23 est le nombre de nucléons et Z=11Z=11 celui des protons ; le noyau contient donc A−Z=12A-Z=12 neutrons. Le nombre 11 correspond aux protons, et non aux neutrons.

8. Un atome neutre possède 8 protons : combien d’électrons possède-t-il ?

7 électrons, car un électron compense la charge d’un proton sur deux.
9 électrons, car la neutralité exige un électron de plus que de protons.
16 électrons, car chaque proton est associé à deux électrons.
8 électrons, car un atome neutre compte autant de protons que d’électrons.

8 électrons, car un atome neutre compte autant de protons que d’électrons.

Explication

Dans un atome neutre, le nombre d’électrons est égal au nombre de protons ; cet atome en possède donc 8. Un électron supplémentaire donnerait une charge négative nette plutôt qu’un atome neutre.

9. Que se produit-il lorsqu’un atome gagne un ou plusieurs électrons ?

Il devient un cation chargé positivement.
Il devient un nucléide avec moins de neutrons.
Il devient un isotope avec plus de protons.
Il devient un anion chargé négativement.

Il devient un anion chargé négativement.

Explication

Le gain d’électrons donne à l’espèce une charge négative, ce qui forme un anion. La formation d’un cation correspond au contraire à une perte d’électrons.

10. Deux atomes d’un même élément sont des isotopes : quelle différence les caractérise ?

Ils ont des nombres d’électrons différents, mais le même nombre de neutrons.
Ils ont des nombres de neutrons différents, mais le même nombre de protons.
Ils ont des nombres de protons et d’électrons différents, mais le même nombre de neutrons.
Ils ont des nombres de protons différents, mais le même nombre de nucléons.

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

Explication

Des isotopes d’un même élément possèdent le même nombre de protons et diffèrent par leur nombre de neutrons, donc aussi par leur nombre de nucléons. Une différence d’électrons caractérise plutôt des ions.

11. À quoi correspond une mole de matière ?

À une quantité contenant autant de particules qu’il y a d’atomes dans 12 g de carbone 12.
À une masse de 12 g de toute substance composée d’atomes ou de molécules.
À une quantité contenant autant de particules qu’il y a de protons dans un atome de carbone 12.
À une quantité contenant autant de particules qu’il y a d’atomes dans 1 g de carbone 12.

À une quantité contenant autant de particules qu’il y a d’atomes dans 12 g de carbone 12.

Explication

La mole est définie par le nombre de particules égal au nombre d’atomes présents dans 12 g de nucléide carbone 12. La valeur de 12 g se rapporte à cet étalon, et non à la masse de toute mole de substance.

12. Quelle valeur approchée utilise-t-on pour la constante d’Avogadro ?

6,022×1023 mol6{,}022 \times 10^{23}\ \mathrm{mol}
6,022×1023 mol−16{,}022 \times 10^{23}\ \mathrm{mol}^{-1}
6,022×1022 mol−16{,}022 \times 10^{22}\ \mathrm{mol}^{-1}
6,022×10−23 mol−16{,}022 \times 10^{-23}\ \mathrm{mol}^{-1}

$$6{,}022 \times 10^{23}\ \mathrm{mol}^{-1}$$

Explication

La constante d’Avogadro vaut par convention environ 6,022×1023 mol−16{,}022 \times 10^{23}\ \mathrm{mol}^{-1}. L’unité comporte l’inverse de la mole, et l’exposant est positif.

13. Quelle observation met en évidence une limite du modèle de Rutherford ?

Le modèle prévoit des électrons immobiles, alors que les atomes présentent des électrons répartis dans une sphère positive.
Le modèle prévoit un noyau sans charge, alors que les atomes présentent un noyau chargé négativement.
Le modèle prévoit des fréquences d’émission continues, alors que les atomes présentent des raies fines à des fréquences déterminées.
Le modèle prévoit des raies fines à des fréquences déterminées, alors que les atomes présentent des fréquences d’émission continues.

Le modèle prévoit des fréquences d’émission continues, alors que les atomes présentent des raies fines à des fréquences déterminées.

Explication

Le modèle de Rutherford prévoit un spectre continu, mais les spectres atomiques observés sont constitués de raies fines spécifiques. Le modèle ne rend donc pas compte de ces fréquences d’émission déterminées.

14. Dans le modèle de Bohr, que représentent les orbites permises des électrons ?

Des trajectoires elliptiques associées à un continuum d’énergies.
Des sphères positives contenant des électrons à énergie uniforme.
Des régions probabilistes sans trajectoire circulaire ni énergie déterminée.
Des trajectoires circulaires associées à certaines énergies quantifiées.

Des trajectoires circulaires associées à certaines énergies quantifiées.

Explication

Bohr postule que les électrons peuvent occuper certaines orbites circulaires, auxquelles correspondent des énergies permises quantifiées. Les régions probabilistes décrivent plutôt les orbitales du modèle quantique.

15. Quel énoncé traduit le principe d’incertitude formulé par Heisenberg ?

La position et la quantité de mouvement d’une particule ne peuvent être connues simultanément avec précision.
La position et la vitesse d’une particule peuvent être déterminées simultanément avec précision à l’échelle atomique.
La position d’une particule est précise, mais sa quantité de mouvement reste toujours inconnue.
L’énergie et la quantité de mouvement d’une particule ne peuvent jamais être mesurées ensemble.

La position et la quantité de mouvement d’une particule ne peuvent être connues simultanément avec précision.

Explication

Le principe énoncé par Heisenberg en 1926 interdit une connaissance simultanément précise de la position et de la quantité de mouvement. La description classique précise de la position et de la vitesse ne s’applique pas ainsi à l’échelle atomique.

16. Que décrit la probabilité de présence d’un électron dans le modèle quantique ?

La trajectoire circulaire exacte suivie par l’électron autour du noyau.
La position fixe de l’électron lorsqu’il possède une énergie quantifiée.
Les endroits où l’électron peut se trouver, sans lui attribuer une position précise.
La valeur exacte de la vitesse de l’électron à chaque instant.

Les endroits où l’électron peut se trouver, sans lui attribuer une position précise.

Explication

La probabilité de présence indique les positions possibles de l’électron, qui n’a pas de position précise dans le modèle quantique. Une trajectoire circulaire exacte correspond à l’image des orbites de Bohr, et non à cette description.

17. Que désigne une orbitale, aussi appelée fonction propre Ψ ?

Une valeur d’énergie qui représente directement la distance de l’électron au noyau.
Une fonction d’onde associée à un état électronique et à une région où l’électron se trouve le plus souvent.
Une trajectoire définie autour du noyau que l’électron parcourt à vitesse constante.
Une particule chargée qui détermine le nombre de protons dans le noyau.

Une fonction d’onde associée à un état électronique et à une région où l’électron se trouve le plus souvent.

Explication

Une orbitale est une fonction d’onde associée à un état électronique et définit une région où l’électron se trouve le plus souvent. Elle ne décrit pas une trajectoire exacte comme une orbite classique.

18. Combien d’électrons au maximum une orbitale peut-elle contenir ?

Un électron.
Deux électrons.
Trois électrons.
Quatre électrons.

Deux électrons.

Explication

Une orbitale peut contenir au maximum deux électrons. Une limite de quatre électrons confond la capacité d’une orbitale avec celle d’un ensemble plus large d’états électroniques.

19. Quels nombres quantiques déterminent une orbitale ?

Les nombres quantiques nn, ll et mlm_l
Les nombres quantiques nn, mlm_l et msm_s
Les nombres quantiques ll, mlm_l et msm_s
Les nombres quantiques nn, ll et msm_s

Les nombres quantiques $$n$$, $$l$$ et $$m_l$$

Explication

Une orbitale est déterminée par les trois nombres quantiques nn, ll et mlm_l. Le nombre msm_s décrit le spin de l’électron, et non l’orbitale.

20. Pour une couche de nombre quantique principal n=4n=4, quelles valeurs le nombre quantique azimutal ll peut-il prendre ?

00 et 44
−3,−2,−1,0,1,2-3, -2, -1, 0, 1, 2 et 33
1,2,31, 2, 3 et 44
0,1,20, 1, 2 et 33

$$0, 1, 2$$ et $$3$$

Explication

Pour une valeur de nn, ll est un entier allant de zéro à n−1n-1 ; si n=4n=4, les valeurs possibles sont donc 00 à 33. Les valeurs négatives proposées concernent plutôt les possibilités de mlm_l, pas celles de ll.

21. Dans une sous-couche où l=2l=2, quelles sont les valeurs possibles de mlm_l ?

−1,0-1, 0 et 11
−2,−1,0,1-2, -1, 0, 1 et 22
−2-2 et 22
0,10, 1 et 22

$$-2, -1, 0, 1$$ et $$2$$

Explication

Le nombre quantique magnétique prend toutes les valeurs entières de −l-l à +l+l, bornes incluses. Pour l=2l=2, il y a donc cinq valeurs, contrairement à l’intervalle de trois valeurs correspondant à l=1l=1.

22. Combien d’orbitales comporte une sous-couche caractérisée par l=3l=3 ?

66
33
55
77

$$7$$

Explication

Le nombre d’orbitales d’une sous-couche vaut 2l+12l+1 ; avec l=3l=3, on obtient 77. La valeur 66 correspondrait à compter les valeurs positives et négatives sans inclure la valeur nulle.

23. Que désigne le spin de l’électron ?

Son moment magnétique intrinsèque, qui peut prendre deux orientations dans un champ magnétique
Son moment magnétique induit par l’orbite, qui peut prendre deux orientations dans un champ électrique
Son énergie cinétique, qui peut prendre deux valeurs dans un champ électrique
Son mouvement orbital autour du noyau, qui peut prendre deux trajectoires dans un champ magnétique

Son moment magnétique intrinsèque, qui peut prendre deux orientations dans un champ magnétique

Explication

Le spin est le moment magnétique intrinsèque de l’électron, avec deux orientations possibles dans un champ magnétique. Le mouvement orbital décrit plutôt le comportement de l’électron dans une orbitale et ne définit pas le spin.

24. Quelles valeurs peut prendre le nombre quantique de spin msm_s ?

00 ou 11
+12+\frac{1}{2}, 00 ou −12-\frac{1}{2}
+1+1 ou −1-1
+12+\frac{1}{2} ou −12-\frac{1}{2}

$$+\frac{1}{2}$$ ou $$-\frac{1}{2}$$

Explication

Le nombre quantique de spin de l’électron prend deux valeurs : +12+\frac{1}{2} et −12-\frac{1}{2}. Les valeurs entières proposées ne correspondent pas aux orientations de spin de l’électron.

25. Lorsqu’un atome atteint son état fondamental selon le principe de stabilité, quel arrangement électronique adopte-t-il ?

Celui qui minimise l’énergie de chaque électron considéré séparément
Celui qui répartit les électrons également entre toutes les sous-couches
Celui qui minimise la somme des énergies électroniques
Celui qui maximise le nombre d’électrons dans les couches externes

Celui qui minimise la somme des énergies électroniques

Explication

Le principe de stabilité associe l’état fondamental à l’arrangement dont la somme des énergies est minimale. Minimiser l’énergie d’un électron pris isolément ne garantit pas celle de l’ensemble des électrons.

26. Deux électrons occupent la même orbitale : quelle configuration est compatible avec le principe d’exclusion de Pauli ?

Ils ont des spins opposés et diffèrent par leur nombre quantique de spin
Ils ont des spins opposés et possèdent les quatre mêmes nombres quantiques
Ils ont des spins identiques et diffèrent par leur nombre quantique principal
Ils ont des spins identiques et occupent deux orbitales dégénérées distinctes

Ils ont des spins opposés et diffèrent par leur nombre quantique de spin

Explication

Une orbitale peut contenir au maximum deux électrons de spins opposés, ce qui les distingue par leur nombre quantique de spin. Des électrons ayant les quatre mêmes nombres quantiques enfreindraient le principe de Pauli.

27. Dans un ensemble d’orbitales dégénérées disponibles, comment la règle de Hund décrit-elle l’état le plus stable ?

Il utilise le nombre maximal d’orbitales disponibles
Il impose un nombre égal d’électrons dans chaque orbitale
Il regroupe d’abord les électrons dans une seule orbitale
Il privilégie les orbitales d’énergie plus élevée

Il utilise le nombre maximal d’orbitales disponibles

Explication

Selon la règle de Hund, l’état le plus stable utilise le nombre maximal d’orbitales dégénérées disponibles. Regrouper d’abord les électrons dans une seule orbitale va à l’encontre de cette règle.

28. Que décrit la configuration électronique d’un atome à l’état fondamental ?

La répartition de ses protons et neutrons dans le noyau
L’ordre des éléments selon leur numéro atomique
La répartition de ses électrons dans les couches et sous-couches disponibles
La disposition des orbitales qui participent à ses liaisons chimiques

La répartition de ses électrons dans les couches et sous-couches disponibles

Explication

À l’état fondamental, la configuration électronique indique comment les électrons occupent les couches et sous-couches disponibles. La disposition des orbitales impliquées dans les liaisons concerne plutôt la notion d’orbitales de valence.

29. Dans le contexte des liaisons chimiques, que désigne une orbitale de valence ?

Une orbitale située nécessairement dans la couche la plus externe
Une orbitale qui contient le plus grand nombre possible d’électrons
Une orbitale occupée en premier lors du remplissage électronique
Une orbitale qui joue un rôle dans la formation des liaisons

Une orbitale qui joue un rôle dans la formation des liaisons

Explication

Les orbitales de valence sont celles qui jouent un rôle dans la formation des liaisons chimiques. Une orbitale n’est pas définie comme orbitale de valence par son ordre de remplissage, mais par sa participation aux liaisons.

30. À quoi correspond une période dans la classification périodique ?

À une configuration externe similaire qui relie les éléments d’un même groupe
Au remplissage d’une couche électronique, avec des périodes associées à n=1n=1 à 77
À une série d’éléments ayant le même nombre de protons dans leur noyau
À une sous-couche électronique remplie selon la somme croissante de n+ln+l

Au remplissage d’une couche électronique, avec des périodes associées à $$n=1$$ à $$7$$

Explication

Chaque période correspond au remplissage d’une couche, et les périodes sont associées aux valeurs de nn de 1 à 7. La similarité de configuration électronique externe caractérise plutôt les éléments d’un même groupe.

31. Pourquoi les éléments d’un même groupe présentent-ils souvent des propriétés chimiques apparentées ?

Ils ont le même numéro atomique et le même nombre de protons
Ils remplissent la même sous-couche au même rang de période
Ils possèdent le même nombre de couches électroniques occupées
Leur configuration électronique externe est similaire

Leur configuration électronique externe est similaire

Explication

Les éléments d’un même groupe ont une configuration électronique externe similaire, ce qui est lié à leurs propriétés chimiques. Le nombre de couches occupées caractérise plutôt une période et ne constitue pas la raison donnée pour la similitude chimique au sein d’un groupe.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 75 flashcards sur Structure atomique et configuration électronique.

Qui classa les éléments dans un tableau en 1869 ?

Dimitri Mendeleïev.

Que font deux corps portant des charges de même signe ?

Ils se repoussent.

Que font deux corps portant des charges de signes contraires ?

Ils s’attirent.

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