QCM : Structure atomique et propriétés périodiques (32 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quelles particules constituent le noyau atomique, qui fixe la masse de l’atome ?

Des protons et des photons
Des protons et des électrons
Des neutrons et des électrons
Des protons et des neutrons

Des protons et des neutrons

Explication

Le noyau est constitué de protons et de neutrons, et fixe la masse de l’atome. L’option avec les électrons confond le noyau avec le cortège électronique ; celle qui omet les neutrons oublie une catégorie de nucléons ; celle avec les photons confond les constituants nucléaires avec un rayonnement.

2. Un atome neutre possède 8 protons et 8 électrons ; quelle valeur de ZZ définit son élément ?

Z=4Z=4
Z=0Z=0
Z=16Z=16
Z=8Z=8

$$Z=8$$

Explication

Le numéro atomique ZZ est le nombre de protons ; dans un atome neutre, il est aussi égal au nombre d’électrons. Z=16Z=16 confond Z avec le nombre total de nucléons, Z=0Z=0 prend les neutrons pour les protons, et Z=4Z=4 divise à tort le nombre de protons par deux.

3. Un noyau contient 6 protons et 8 neutrons ; quel est son nombre de masse AA ?

A=14A=14
A=6A=6
A=20A=20
A=2A=2

$$A=14$$

Explication

Le nombre de masse est la somme des protons et des neutrons : A=6+8=14A=6+8=14. A=6A=6 confond A et Z, A=2A=2 soustrait les deux nombres, et A=20A=20 ajoute deux fois les protons.

4. Deux noyaux ont le même nombre de protons, mais des nombres de masse différents ; comment les classe-t-on ?

Comme des ions du même isotope
Comme des noyaux identiques
Comme des éléments distincts
Comme des isotopes du même élément

Comme des isotopes du même élément

Explication

Des isotopes sont des noyaux du même élément, donc de même Z, mais dont les nombres de masse diffèrent. Les ions se distinguent par leur nombre d’électrons, des éléments distincts ont des Z différents, et des noyaux identiques n’ont pas des nombres de masse différents.

5. Un noyau léger stable a Z=12Z=12 ; quelle relation entre son nombre de neutrons NN et son nombre de protons est généralement attendue ?

N=12N=12
N=24N=24
N<12N<12
N>12N>12

$$N=12$$

Explication

Pour les noyaux légers stables tels que ceux dont Z<20Z<20, on a généralement N=ZN=Z ; ici, N=12N=12. N>12N>12 applique la tendance des noyaux lourds, N<12N<12 inverse la relation, et N=24N=24 confond le nombre de neutrons avec le nombre de masse.

6. Un noyau lourd stable contient 82 protons ; quelle relation entre son nombre de neutrons NN et le nombre de protons est généralement attendue ?

N=82N=82
N<82N<82
N=164N=164
N>82N>82

$$N>82$$

Explication

Les noyaux lourds stables ont généralement davantage de neutrons que de protons, donc N>ZN>Z ; avec 82 protons, N>82N>82. N=82N=82 applique la tendance des noyaux légers, N<82N<82 inverse la relation, et N=164N=164 confond N avec une valeur de A.

7. Pour un noyau de Z=3Z=3, A=7A=7 et de masse mm, quelle expression permet de calculer son défaut de masse ?

Δm=3mp+7mn−m\Delta m=3m_p+7m_n-m
Δm=m−(3mp+4mn)\Delta m=m-(3m_p+4m_n)
Δm=3mp−m\Delta m=3m_p-m
Δm=3mp+4mn−m\Delta m=3m_p+4m_n-m

$$\Delta m=3m_p+4m_n-m$$

Explication

La formule est Δm=Zmp+(A−Z)mn−m\Delta m=Zm_p+(A-Z)m_n-m. Ici, A−Z=7−3=4A-Z=7-3=4, d’où Δm=3mp+4mn−m\Delta m=3m_p+4m_n-m ; le terme 7mn7m_n utilise A à la place du nombre de neutrons, l’expression sans neutrons les omet, et la dernière expression inverse la soustraction.

8. Dans le modèle de Bohr, un électron de l’hydrogène est placé sur une orbite circulaire de rayon arbitraire, qui ne correspond à aucune valeur permise par le nombre quantique principal. Cette orbite est-elle admise ?

Non, seuls certains rayons liés à une valeur de n sont admis
Non, car une orbite circulaire ne peut pas être stationnaire
Oui, si la vitesse de l’électron reste constante sur l’orbite
Oui, dès lors que l’électron suit une trajectoire circulaire

Non, seuls certains rayons liés à une valeur de n sont admis

Explication

Dans le modèle de Bohr, le rayon de l’orbite est quantifié et dépend du nombre quantique principal n. Une trajectoire circulaire n’est donc pas admise si son rayon ne correspond pas à une valeur permise.

9. Un physicien utilise le modèle de Bohr pour décrire la structure électronique d’un atome comportant plusieurs électrons. Quelle limite doit-il prendre en compte ?

Le modèle ne rend pas compte de la structure électronique des atomes polyélectroniques
Le modèle s’applique aux atomes polyélectroniques avec des rayons non quantifiés
Le modèle ne décrit pas l’électron de l’hydrogène sur une trajectoire circulaire
Le modèle ne permet pas d’associer un état stationnaire à l’atome d’hydrogène

Le modèle ne rend pas compte de la structure électronique des atomes polyélectroniques

Explication

Le modèle de Bohr décrit l’atome d’hydrogène, mais ne rend pas compte de la structure électronique des atomes polyélectroniques. L’incapacité concernant l’hydrogène ou les états stationnaires confond cette limite avec des éléments que le modèle décrit.

10. Une particule de masse m se déplace à la vitesse v. Quelle expression permet de calculer sa longueur d’onde de de Broglie ?

λ=mvh\lambda = \frac{mv}{h}
λ=hmv2\lambda = \frac{h}{mv^2}
λ=hmv\lambda = \frac{h}{mv}
λ=hv\lambda = \frac{h}{v}

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

Explication

La longueur d’onde de de Broglie est le rapport de la constante de Planck à la quantité de mouvement, soit λ=hmv\lambda = \frac{h}{mv}. mvh\frac{mv}{h} inverse ce rapport, hv\frac{h}{v} omet la masse et hmv2\frac{h}{mv^2} ajoute une puissance de vitesse.

11. Dans une expérience, l’incertitude sur la position d’une particule diminue tandis que l’incertitude sur sa quantité de mouvement est évaluée. Quelle contrainte relie ces incertitudes selon Heisenberg ?

Δx Δ(mv)=h2π\Delta x\,\Delta(mv) = \frac{h}{2\pi}
Δx Δv≥h2π\Delta x\,\Delta v \geq \frac{h}{2\pi}
Δx Δ(mv)≥h2π\Delta x\,\Delta(mv) \geq \frac{h}{2\pi}
Δx Δ(mv)≥h\Delta x\,\Delta(mv) \geq h

$$\Delta x\,\Delta(mv) \geq \frac{h}{2\pi}$$

Explication

La relation d’Heisenberg impose Δx Δ(mv)≥h2π\Delta x\,\Delta(mv) \geq \frac{h}{2\pi} : le produit possède une borne inférieure. L’égalité n’est pas obligatoire, le facteur 2π2\pi ne peut être omis et la quantité de mouvement comprend la masse.

12. Pour un point de l’espace, quelle grandeur représente la densité de probabilité de présence de l’électron ?

Le carré de la fonction d’onde, ψ2\psi^2
La fonction d’onde elle-même, ψ\psi
L’énergie de l’orbitale, EnE_n
Le carré de la quantité de mouvement, (mv)2(mv)^2

Le carré de la fonction d’onde, $$\psi^2$$

Explication

La densité de probabilité de présence est représentée par ψ2\psi^2, tandis que ψ\psi désigne la fonction d’onde. EnE_n est une énergie et (mv)2(mv)^2 ne représente pas la densité de probabilité.

13. Pour un édifice monoélectronique de charge nucléaire Z=2Z=2, quelle énergie est associée à l’orbitale de nombre quantique principal n=2n=2 ?

−54,4 eV-54,4\ \mathrm{eV}
−13,6 eV-13,6\ \mathrm{eV}
13,6 eV13,6\ \mathrm{eV}
−3,4 eV-3,4\ \mathrm{eV}

$$-13,6\ \mathrm{eV}$$

Explication

On applique En=−13,6Z2n2 eVE_n=-13,6\frac{Z^2}{n^2}\ \mathrm{eV} : avec Z=2Z=2 et n=2n=2, on obtient −13,6×44=−13,6 eV-13,6\times\frac{4}{4}=-13,6\ \mathrm{eV}. −3,4 eV-3,4\ \mathrm{eV} omet le carré de Z, −54,4 eV-54,4\ \mathrm{eV} celui de n, et une énergie positive perd le signe négatif.

14. Pour modéliser un atome polyélectronique, quelle hypothèse de Born-Oppenheimer permet de simplifier le problème sans résoudre exactement l’équation de Schrödinger ?

Remplacer l’atome par un système sans interactions
Considérer les électrons comme fixes
Considérer le noyau comme fixe
Décomposer la fonction d’onde en facteurs monoélectroniques

Considérer le noyau comme fixe

Explication

L’hypothèse de Born-Oppenheimer traite le noyau comme fixe afin de simplifier l’étude de l’atome polyélectronique. La décomposition en facteurs monoélectroniques relève de l’hypothèse orbitalaire, tandis que fixer les électrons ou supprimer les interactions ne correspond pas à cette hypothèse.

15. Dans un modèle de configuration électronique, une orbitale atomique contient déjà deux électrons. Quelle limite impose le principe de Pauli ?

Aucun électron supplémentaire ne peut occuper cette orbitale
Un électron supplémentaire peut l’occuper si son énergie est plus basse
Un électron supplémentaire peut l’occuper si une orbitale voisine est vide
Un troisième électron peut l’occuper avec un spin parallèle

Aucun électron supplémentaire ne peut occuper cette orbitale

Explication

Le principe de Pauli limite l’occupation d’une orbitale atomique à deux électrons. La répartition dans des orbitales distinctes concerne la règle de Hund, et le niveau d’énergie relève du principe de stabilité.

16. À l’état fondamental, trois électrons doivent être répartis entre trois orbitales de même énergie. Quelle répartition correspond à la règle de Hund ?

Un électron dans chaque orbitale, avec des spins parallèles
Un électron dans chaque orbitale, avec des spins opposés
Deux électrons dans une orbitale et un dans une autre, avec spins parallèles
Deux électrons dans une orbitale et un dans une autre, avec spins opposés

Un électron dans chaque orbitale, avec des spins parallèles

Explication

La règle de Hund favorise l’occupation du maximum d’orbitales dégénérées par des électrons de spins parallèles avant leur appariement. L’appariement précoce confond cette règle avec une occupation arbitraire, et des spins opposés ne satisfont pas son critère de parallélisme.

17. Pour comparer approximativement les niveaux d’énergie associés à des couples de nombres quantiques, un étudiant applique la règle de Klechkowski. Quel critère doit-il utiliser ?

La valeur croissante de l
La valeur croissante de n + l
La valeur croissante de n × l
La valeur croissante de n

La valeur croissante de n + l

Explication

La règle de Klechkowski classe approximativement les niveaux selon la valeur croissante de la somme n + l. Utiliser n ou l seul, ou leur produit, ne correspond pas au critère de cette règle.

18. Deux éléments sont situés dans la même colonne du tableau périodique. Quelle similitude peut-on généralement attendre ?

Le même numéro atomique et des propriétés chimiques semblables
Des configurations électroniques et des propriétés chimiques différentes
Des configurations électroniques et des propriétés chimiques semblables
La même configuration électronique complète et le même numéro atomique

Des configurations électroniques et des propriétés chimiques semblables

Explication

Les éléments d’une même colonne présentent des configurations électroniques et des propriétés chimiques semblables. Une période regroupe les éléments d’une ligne, tandis que des éléments distincts n’ont pas le même numéro atomique ni nécessairement une configuration complète identique.

19. En solution aqueuse, un élément forme un oxyde à caractère basique et manifeste un caractère réducteur. Comment le classer selon la définition d’un métal ?

Comme un élément du bloc p nécessairement
Comme un élément de transition nécessairement
Comme un non-métal
Comme un métal

Comme un métal

Explication

La définition associe le caractère métallique à un caractère réducteur et à la présence d’au moins un oxyde basique en solution aqueuse. Un oxyde basique ne caractérise pas ici un non-métal, et les blocs du tableau ne sont pas nécessaires pour appliquer cette définition.

20. Pour un élément de numéro atomique Z=17Z=17, une constante d’écran s=10,2s=10,2 est calculée. Quelle est sa charge nucléaire effective ZeffZ_{\mathrm{eff}} ?

6,86,8
−6,8-6,8
27,227,2
10,210,2

$$6,8$$

Explication

La charge nucléaire effective se calcule par Zeff=Z−sZ_{\mathrm{eff}}=Z-s, donc 17−10,2=6,817-10,2=6,8. La somme donne 27,2, l’ordre inversé donne −6,8 et 10,2 correspond à la constante d’écran.

21. En comparant le sodium au lithium, tous deux dans la même colonne, et le sodium au chlore, tous deux dans la même période, quelles tendances du rayon atomique s’appliquent ?

Le sodium est plus petit que le lithium et plus grand que le chlore.
Le sodium est plus petit que le lithium et plus petit que le chlore.
Le sodium est plus grand que le lithium et plus grand que le chlore.
Le sodium est plus grand que le lithium et plus petit que le chlore.

Le sodium est plus grand que le lithium et plus grand que le chlore.

Explication

Le rayon atomique augmente du haut vers le bas d’une colonne et diminue de gauche à droite dans une période : le sodium est donc plus grand que le lithium et que le chlore. La comparaison avec le lithium inverse la tendance de colonne dans les choix qui le disent plus petit, tandis que celle avec le chlore inverse la tendance de période dans les choix qui le disent plus petit.

22. Pour un même élément, comment se compare le rayon de son cation à celui de son atome neutre et de son anion ?

L’atome est plus petit que le cation, qui est plus petit que l’anion.
Le cation est plus grand que l’anion, qui est plus grand que l’atome.
Le cation est plus petit que l’atome, qui est plus petit que l’anion.
L’anion est plus petit que l’atome, qui est plus petit que le cation.

Le cation est plus petit que l’atome, qui est plus petit que l’anion.

Explication

L’ordre des rayons est rcation<ratome<ranionr_{\text{cation}}<r_{\text{atome}}<r_{\text{anion}}. Dire que l’anion est plus petit inverse sa position, tandis que placer le cation après l’atome inverse la relation entre cation et atome.

23. Quelle grandeur correspond à l’énergie de première ionisation d’un atome ?

L’énergie minimale pour arracher un électron à un atome en phase gazeuse.
L’énergie minimale pour arracher un électron à un ion en phase gazeuse.
L’énergie nécessaire pour séparer un atome de ses voisins dans un solide.
L’énergie libérée lorsqu’un atome gazeux capture un électron.

L’énergie minimale pour arracher un électron à un atome en phase gazeuse.

Explication

La première énergie d’ionisation est l’énergie minimale requise pour arracher un électron à un atome en phase gazeuse. La capture d’un électron relève de l’affinité électronique, et l’arrachement à un ion concerne une ionisation successive.

24. Un atome neutre est ionisé successivement pour former un cation de charge +1+1, puis +2+2, puis +3+3. Quel ordre relie les trois énergies nécessaires ?

I3<I2<I1I_3<I_2<I_1
I1<I2=I3I_1<I_2=I_3
I2<I1<I3I_2<I_1<I_3
I1<I2<I3I_1<I_2<I_3

$$I_1<I_2<I_3$$

Explication

Les énergies successives d’ionisation augmentent : I1<I2<I3I_1<I_2<I_3. L’ordre décroissant inverse la tendance, l’ordre I2<I1<I3I_2<I_1<I_3 fait diminuer la deuxième énergie, et l’égalité entre I2I_2 et I3I_3 ne respecte pas leur augmentation.

25. Pour un atome gazeux AA et son anion gazeux A−A^-, quelle expression donne l’affinité électronique selon la convention définie ?

Ea=E(A,g)+E(A−,g)E_a=E(A,g)+E(A^-,g)
Ea=E(A,g)−E(A−,g)E_a=E(A,g)-E(A^-,g)
Ea=E(A+,g)−E(A,g)E_a=E(A^+,g)-E(A,g)
Ea=E(A−,g)−E(A,g)E_a=E(A^-,g)-E(A,g)

$$E_a=E(A,g)-E(A^-,g)$$

Explication

L’affinité électronique est définie par Ea=E(A,g)−E(A−,g)E_a=E(A,g)-E(A^-,g). L’expression inversée change le signe, celle qui utilise A+A^+ concerne une autre espèce, et une somme ne correspond pas à la définition.

26. Dans une liaison entre deux éléments, que décrit l’électronégativité d’un élément ?

Son aptitude à attirer vers lui les électrons de la liaison
Son aptitude à déformer son nuage électronique sous l’effet d’un ion voisin
Son aptitude à stabiliser un électron ajouté à l’atome
Son aptitude à arracher un électron à l’atome gazeux

Son aptitude à attirer vers lui les électrons de la liaison

Explication

L’électronégativité caractérise l’attraction exercée par un élément sur les électrons d’une liaison. L’arrachement d’un électron relève de l’énergie d’ionisation, la déformation du nuage de la polarisabilité, et la stabilisation d’un électron ajouté de l’affinité électronique.

27. Lorsqu’un ion voisin crée un champ électrique près d’un atome, quelle propriété décrit la facilité avec laquelle le nuage électronique de cet atome se déforme ?

La polarisabilité
L’affinité électronique
L’énergie d’ionisation
L’électronégativité

La polarisabilité

Explication

La polarisabilité est l’aptitude d’un atome à être déformé par un champ électrique, notamment celui d’un ion voisin. L’électronégativité concerne l’attraction des électrons d’une liaison, l’énergie d’ionisation leur arrachement et l’affinité électronique la capture d’un électron.

28. Pour une espèce dont la réduction s’écrit An++ne−→AA^{n+} + ne^- \rightarrow A, on mesure E∘>0E^\circ > 0. Quelle interprétation convient ?

La formation de A est favorisée et l’espèce est un oxydant
La formation de A est favorisée et l’espèce est un réducteur
La formation de Aⁿ⁺ est favorisée et l’espèce est un oxydant
La formation de Aⁿ⁺ est favorisée et l’espèce est un réducteur

La formation de A est favorisée et l’espèce est un oxydant

Explication

Pour la réaction de réduction indiquée, un potentiel standard positif favorise la formation de A et caractérise un oxydant. L’interprétation « réducteur » confond le rôle associé à un potentiel positif avec celui d’un potentiel négatif, tandis que la formation de Aⁿ⁺ correspond au sens opposé.

29. Pour le couple A3+/AA^{3+}/A, une mesure donne E∘=0,20 VE^\circ = 0{,}20\ \mathrm{V}. Quelle variation d’énergie libre standard obtient-on avec F=96 500 C mol−1F = 96\,500\ \mathrm{C\,mol^{-1}} ?

−57 900 J mol−1-57\,900\ \mathrm{J\,mol^{-1}}
−19 300 J mol−1-19\,300\ \mathrm{J\,mol^{-1}}
+57 900 J mol−1+57\,900\ \mathrm{J\,mol^{-1}}
−643 J mol−1-643\ \mathrm{J\,mol^{-1}}

$$-57\,900\ \mathrm{J\,mol^{-1}}$$

Explication

La relation est ΔrG∘=−nFE∘\Delta_r G^\circ=-nFE^\circ. En remplaçant par n=3n=3, F=96 500F=96\,500 et E∘=0,20E^\circ=0{,}20, on obtient −3×96 500×0,20=−57 900 J mol−1-3\times96\,500\times0{,}20=-57\,900\ \mathrm{J\,mol^{-1}} ; la valeur −19 300-19\,300 omet le facteur 3, le signe positif inverse le signe de la relation, et la division par 3 n’est pas la formule.

30. Un noyau instable se transforme spontanément en un noyau final. Quelle description caractérise cette transformation radioactive ?

Une désintégration spontanée avec émission de particules ou de rayonnements
Une excitation du noyau sans transformation ni émission
Une émission de rayonnement sans désintégration du noyau
Une transformation provoquée par une action extérieure

Une désintégration spontanée avec émission de particules ou de rayonnements

Explication

La radioactivité est la désintégration spontanée d’un noyau instable, accompagnée de l’émission de particules ou de rayonnements ; un rayonnement γ peut également accompagner la formation du noyau final. L’excitation sans transformation confond radioactivité et excitation, l’émission sans désintégration omet le changement du noyau, et l’action extérieure contredit le caractère spontané.

31. Lors de l’établissement de configurations électroniques, un atome d’argent présente une configuration exceptionnelle. Quelle configuration faut-il lui attribuer ?

[Kr] 4d¹⁰ 5s¹
[Ar] 3d¹⁰ 4s¹
[Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹
[Kr] 4d⁹ 5s²

[Kr] 4d¹⁰ 5s¹

Explication

La configuration exceptionnelle de l’argent est [Kr] 4d¹⁰ 5s¹. [Ar] 3d¹⁰ 4s¹ correspond au cuivre, [Xe] 4f¹⁴ 5d¹⁰ 6s¹ à l’or, tandis que [Kr] 4d⁹ 5s² ne correspond pas à la configuration exceptionnelle indiquée pour l’argent.

32. On compare les couples F₂/F⁻, Cl₂/Cl⁻, Ag⁺/Ag et Au⁺/Au à l’aide de leurs potentiels standards. Quel couple présente le potentiel standard le plus élevé ?

Au⁺/Au, avec 1,68 V
Ag⁺/Ag, avec 0,80 V
F₂/F⁻, avec 2,87 V
Cl₂/Cl⁻, avec 1,36 V

F₂/F⁻, avec 2,87 V

Explication

Le potentiel standard le plus élevé parmi les valeurs données est celui du couple F₂/F⁻, égal à 2,87 V. La valeur de 1,68 V correspond à Au⁺/Au, celle de 1,36 V à Cl₂/Cl⁻ et celle de 0,80 V à Ag⁺/Ag.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 73 flashcards sur Structure atomique et propriétés périodiques.

De quoi le noyau atomique est-il constitué ?

De protons et de neutrons.

Quel rôle le noyau joue-t-il dans la masse de l’atome ?

Il fixe la masse de l’atome.

Que détermine le numéro atomique ZZ ?

L’élément chimique.

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