QCM : Structure de l’atome et énergie nucléaire (20 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Que révéla l’expérience de Rutherford sur la feuille d’or, réalisée en 1909 avec des particules α ?

La matière est compacte, et les charges positives sont réparties uniformément autour des électrons.
La matière est lacunaire, et la masse ainsi que les charges positives sont concentrées dans les noyaux.
Les électrons sont concentrés dans le noyau, tandis que les protons occupent l’espace entre les atomes.
Les atomes sont indivisibles, et leur masse est répartie également entre le noyau et les électrons.

La matière est lacunaire, et la masse ainsi que les charges positives sont concentrées dans les noyaux.

Explication

La diffusion des particules α a montré que la matière est principalement lacunaire et que la masse et la charge positive se concentrent dans le noyau. L’idée d’une charge positive répartie uniformément ne rend pas compte de cette concentration nucléaire.

2. Quelle répartition des charges électriques caractérise l’électron, le proton et le neutron ?

L’électron porte une charge positive, le proton une charge négative et le neutron est neutre.
L’électron porte une charge négative, le proton une charge positive et le neutron est neutre.
L’électron et le neutron portent des charges négatives, tandis que le proton est neutre.
L’électron et le proton sont neutres, tandis que le neutron porte une charge positive.

L’électron porte une charge négative, le proton une charge positive et le neutron est neutre.

Explication

L’électron et le proton portent des charges de même valeur absolue et de signes opposés, tandis que le neutron n’a pas de charge électrique. La confusion la plus plausible consiste à attribuer une charge au neutron, alors qu’il est neutre.

3. Quel renseignement donne le numéro atomique ZZ d’un atome ?

Le nombre total de nucléons du noyau, qui détermine l’isotope.
Le nombre de protons du noyau, qui détermine l’élément chimique.
Le nombre d’électrons de la couche externe, qui détermine sa charge nucléaire.
Le nombre de neutrons du noyau, qui détermine sa masse approximative.

Le nombre de protons du noyau, qui détermine l’élément chimique.

Explication

Le numéro atomique ZZ correspond au nombre de protons du noyau et définit l’élément chimique. Le nombre total de protons et de neutrons est plutôt représenté par le nombre de masse AA.

4. Un noyau contient ZZ protons et NN neutrons ; comment calcule-t-on son nombre de masse AA ?

En comptant uniquement les protons du noyau : A=ZA=Z.
En soustrayant le nombre de neutrons du nombre de protons : A=Z−NA=Z-N.
En additionnant le nombre de protons et le nombre de neutrons : A=Z+NA=Z+N.
En multipliant le nombre de protons par le nombre de neutrons : A=ZNA=ZN.

En additionnant le nombre de protons et le nombre de neutrons : $$A=Z+N$$.

Explication

Le nombre de masse compte l’ensemble des nucléons, soit les protons et les neutrons réunis. Le nombre de protons seul correspond au numéro atomique ZZ, et non à AA.

5. Comment caractérise-t-on un nucléide ?

Par sa masse molaire et sa proportion dans un échantillon naturel.
Par son nombre d’électrons et la répartition de ceux-ci en couches.
Par le couple formé par son nombre de neutrons NN et sa charge électrique.
Par le couple formé par son nombre de masse AA et son numéro atomique ZZ.

Par le couple formé par son nombre de masse $$A$$ et son numéro atomique $$Z$$.

Explication

Un nucléide est un type d’atome dont le noyau est défini par les valeurs de AA et de ZZ. Le nombre de neutrons seul, même associé à une charge, ne fournit pas le couple caractéristique donné ici.

6. Quelle distinction permet de différencier les isotopes des isobares ?

Les isotopes ont le même ZZ et le même NN, tandis que les isobares ont des AA différents.
Les isotopes ont le même AA et des ZZ différents, tandis que les isobares ont le même NN.
Les isotopes ont le même ZZ et des NN différents, tandis que les isobares ont le même AA.
Les isotopes ont le même NN et des AA différents, tandis que les isobares ont le même ZZ.

Les isotopes ont le même $$Z$$ et des $$N$$ différents, tandis que les isobares ont le même $$A$$.

Explication

Des isotopes appartiennent au même élément parce qu’ils ont le même nombre de protons, mais diffèrent par leur nombre de neutrons. Les isobares partagent le nombre de masse AA, et non le nombre de neutrons.

7. Deux isotopes d’un même élément ont des noyaux différents ; quelle conséquence générale cela entraîne-t-il ?

Ils ont des propriétés chimiques différentes parce que leurs nombres de protons sont différents.
Ils ont la même masse et la même radioactivité, mais diffèrent par leur nombre d’électrons.
Ils ont les mêmes propriétés chimiques liées aux électrons, mais peuvent différer par leur masse et leur radioactivité.
Ils ont les mêmes propriétés physiques liées au noyau, mais diffèrent par leurs propriétés chimiques liées aux électrons.

Ils ont les mêmes propriétés chimiques liées aux électrons, mais peuvent différer par leur masse et leur radioactivité.

Explication

Les isotopes d’un élément ont le même nombre de protons et des configurations électroniques correspondant au même élément, d’où des propriétés chimiques similaires. L’affirmation selon laquelle leurs propriétés physiques nucléaires seraient identiques néglige les différences de masse et de radioactivité possibles.

8. Comment définit-on l’unité de masse atomique uu à partir du carbone 12 ?

Elle vaut douze fois la masse d’un atome de carbone 12, dont la masse vaut 12 u12\,u.
Elle vaut un douzième de la masse d’un atome de carbone 12, dont la masse vaut 12 u12\,u.
Elle vaut la masse d’un atome de carbone 12, dont la masse vaut 1 u1\,u.
Elle vaut un douzième de la masse d’un atome d’hydrogène, dont la masse vaut 12 u12\,u.

Elle vaut un douzième de la masse d’un atome de carbone 12, dont la masse vaut $$12\,u$$.

Explication

L’unité uu est définie comme le douzième de la masse d’un atome de carbone 12, lequel a donc une masse de 12 u12\,u. Elle n’est pas définie à partir de l’atome d’hydrogène.

9. Combien d’entités une mole contient-elle d’après le nombre d’Avogadro ?

6,022×10246{,}022\times10^{24} entités.
6,022×10236{,}022\times10^{23} grammes.
6,022×10226{,}022\times10^{22} entités.
6,022×10236{,}022\times10^{23} entités.

$$6{,}022\times10^{23}$$ entités.

Explication

Le nombre d’Avogadro est 6,022×1023 mol−16{,}022\times10^{23}\,\mathrm{mol}^{-1}, donc une mole contient ce nombre d’entités. La même valeur exprimée en grammes ne décrit pas un nombre d’entités et dépendrait de la substance considérée.

10. Comment déterminer la masse molaire atomique d’un élément naturel constitué de plusieurs isotopes ?

En additionnant les masses molaires isotopiques sans tenir compte de leurs abondances : MX=∑iMiM_X=\sum_iM_i.
En calculant la moyenne simple des masses molaires isotopiques, indépendamment de leurs abondances.
En calculant la moyenne pondérée de leurs masses molaires isotopiques selon leurs abondances : MX=∑iαiMiM_X=\sum_i\alpha_iM_i.
En prenant la masse molaire de l’isotope le plus abondant comme masse molaire de l’élément.

En calculant la moyenne pondérée de leurs masses molaires isotopiques selon leurs abondances : $$M_X=\sum_i\alpha_iM_i$$.

Explication

La masse molaire de l’élément naturel est une moyenne pondérée, où chaque masse molaire isotopique contribue selon son abondance. Une moyenne simple ignorerait les proportions différentes des isotopes dans l’échantillon naturel.

11. Pour estimer la masse molaire d’une molécule à partir des masses molaires atomiques, quelle opération faut-il effectuer ?

Multiplier les masses molaires atomiques de tous les atomes présents dans la molécule.
Additionner les masses molaires atomiques de tous les atomes présents dans la molécule.
Soustraire les masses molaires des atomes les plus légers de celles des atomes les plus lourds.
Faire la moyenne des masses molaires atomiques sans tenir compte de la formule moléculaire.

Additionner les masses molaires atomiques de tous les atomes présents dans la molécule.

Explication

La masse molaire moléculaire s’obtient en additionnant les contributions molaires de chacun des atomes de la molécule, en respectant sa composition. La multiplication des masses atomiques ne correspond pas à la règle de sommation.

12. Que caractérise la radioactivité d’un isotope instable ?

La capture d’un électron sans transformation du noyau
La modification de son état énergétique sans émission de rayonnement
La séparation spontanée de ses nucléons en particules libres
L’émission d’un rayonnement lors de sa transmutation

L’émission d’un rayonnement lors de sa transmutation

Explication

La radioactivité désigne l’émission d’un rayonnement lorsqu’un isotope instable se transforme. Une simple modification de l’état énergétique ne décrit pas cette transmutation radioactive.

13. Quelle répartition décrit approximativement les noyaux stables légers et lourds ?

Les noyaux légers et lourds sont tous près de N=1,5ZN=1{,}5Z.
Les noyaux légers sont près de N=1,5ZN=1{,}5Z, tandis que les noyaux lourds sont près de N=ZN=Z.
Les noyaux légers et lourds sont tous près de N=ZN=Z.
Les noyaux légers sont près de N=ZN=Z, tandis que les noyaux lourds sont près de N=1,5ZN=1{,}5Z.

Les noyaux légers sont près de $$N=Z$$, tandis que les noyaux lourds sont près de $$N=1{,}5Z$$.

Explication

Les noyaux stables légers se trouvent près de l’égalité entre neutrons et protons, tandis que les noyaux lourds ont davantage de neutrons, avec environ N=1,5ZN=1{,}5Z. Inverser ces deux tendances attribue aux noyaux légers la proportion caractéristique des noyaux lourds.

14. Quel processus peut suivre un noyau lourd qui possède un excès de nucléons ?

Il peut émettre un électron et un antineutrino en convertissant un neutron en proton.
Il peut émettre un noyau d’hélium, appelé particule α.
Il peut émettre un photon γ en convertissant un neutron en proton.
Il peut émettre un proton isolé en se transformant en noyau d’hélium.

Il peut émettre un noyau d’hélium, appelé particule α.

Explication

Un noyau lourd ayant un excès de nucléons peut se désintégrer en émettant une particule α, qui est un noyau d’hélium. L’émission d’un électron et d’un antineutrino correspond plutôt à une transformation β⁻ associée à un excès de neutrons.

15. Dans un noyau ayant un excès de neutrons, que se produit-il lors d’une désintégration β⁻ ?

Deux protons et deux neutrons sont émis sous forme d’une particule α.
Un proton devient un neutron, avec émission d’une particule β⁻ et d’un antineutrino.
Le noyau fils se désexcite en émettant un photon γ, sans conversion nucléonique.
Un neutron devient un proton, avec émission d’une particule β⁻ et d’un antineutrino.

Un neutron devient un proton, avec émission d’une particule β⁻ et d’un antineutrino.

Explication

Lors d’une désintégration β⁻, un neutron se transforme en proton et le noyau émet une particule β⁻ ainsi qu’un antineutrino. La conversion d’un proton en neutron inverse le sens de la transformation décrite.

16. Comment le défaut de masse s’explique-t-il dans une réaction nucléaire ?

La masse des produits augmente toujours parce que l’énergie est libérée.
Une différence de masse entre produits et réactifs peut être convertie en énergie.
La masse des réactifs disparaît sans être associée à une quantité d’énergie.
La masse totale reste identique parce qu’aucune conversion énergétique n’a lieu.

Une différence de masse entre produits et réactifs peut être convertie en énergie.

Explication

Dans une réaction nucléaire, une différence entre la masse des produits et celle des réactifs peut se convertir en énergie, ce qui explique le défaut de masse. L’idée que la masse des produits augmente toujours ne tient pas compte du sens de la différence de masse.

17. Si un défaut de masse Δm\Delta m est connu, quelle relation permet de calculer l’énergie correspondante ?

ΔE=Δmc2\Delta E = \frac{\Delta m}{c^2}
ΔE=c2Δm\Delta E = \frac{c^2}{\Delta m}
ΔE=Δmc\Delta E = \Delta m c
ΔE=Δmc2\Delta E = \Delta m c^2

$$\Delta E = \Delta m c^2$$

Explication

La relation d’Einstein associe au défaut de masse une énergie donnée par ΔE=Δmc2\Delta E = \Delta m c^2. Diviser par c2c^2 ne donne pas l’énergie correspondante, mais une expression de masse à partir d’une énergie.

18. Que représente l’énergie de liaison d’un noyau ?

L’énergie nécessaire pour exciter le noyau sans modifier sa composition en nucléons.
L’énergie associée à la différence entre la masse du noyau et celle de ses nucléons séparés.
L’énergie associée à la différence entre la masse des électrons et celle du noyau.
L’énergie libérée par chaque désintégration radioactive, quelle que soit la transformation.

L’énergie associée à la différence entre la masse du noyau et celle de ses nucléons séparés.

Explication

L’énergie de liaison est associée à l’écart entre la masse du noyau et celle de ses nucléons lorsqu’ils sont séparés. Elle ne désigne pas l’énergie d’excitation du noyau, qui concerne un état énergétique différent.

19. Combien d’énergie environ dégage la fusion d’un noyau de deutérium et d’un noyau de tritium par réaction ?

Environ 55 MeV
Environ 8,81 MeV
Environ 20 MeV
Environ 200 MeV

Environ 20 MeV

Explication

La fusion du deutérium et du tritium dégage environ 20 MeV par réaction. La valeur d’environ 200 MeV correspond à une fission de l’uranium 235.

20. Quelle énergie une fission de l’uranium 235 peut-elle dégager approximativement ?

Environ 55 MeV
Environ 8,81 MeV
Environ 200 MeV
Environ 20 MeV

Environ 200 MeV

Explication

Une fission de l’uranium 235 peut dégager environ 200 MeV. La valeur d’environ 20 MeV est associée à la fusion du deutérium et du tritium.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 41 flashcards sur Structure de l’atome et énergie nucléaire.

Qu’est-ce qu’un atome ?

Une particule fondamentale caractéristique d’un élément chimique, constituant la matière et considérée comme indestructible.

Qui a réalisé l’expérience de la feuille d’or en 1909 ?

Ernest Rutherford.

Qu’a révélé l’expérience de Rutherford sur la feuille d’or concernant la matière ?

La matière est lacunaire, et la masse ainsi que les charges positives sont concentrées dans les noyaux.

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