QCM : Structure et masse de l’atome — 19 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quel énoncé décrit correctement le rôle des atomes dans la matière ?

Les noyaux constituent la matière et s’associent en charges électriques stables
Les électrons constituent la matière et s’associent en protons stables
Les ions constituent la matière et s’associent en noyaux atomiques stables
Les atomes constituent la matière et peuvent s’associer en molécules stables

Les atomes constituent la matière et peuvent s’associer en molécules stables

Explication

Les atomes sont les constituants ultimes de la matière, et leur association peut former des molécules stables. Les ions ne sont pas les unités qui s’associent pour former des noyaux atomiques.

2. Quelles valeurs caractérisent approximativement un atome isolé ?

Une masse de l’ordre de 10−31 kg10^{-31}\,\mathrm{kg} et un rayon de l’ordre de 10−6 m10^{-6}\,\mathrm{m}
Une masse de l’ordre de 10−27 kg10^{-27}\,\mathrm{kg} et un rayon de l’ordre de 10−10 m10^{-10}\,\mathrm{m}
Une masse de l’ordre de 10−19 kg10^{-19}\,\mathrm{kg} et un rayon de l’ordre de 10−15 m10^{-15}\,\mathrm{m}
Une masse de l’ordre de 10−10 kg10^{-10}\,\mathrm{kg} et un rayon de l’ordre de 10−27 m10^{-27}\,\mathrm{m}

Une masse de l’ordre de $$10^{-27}\,\mathrm{kg}$$ et un rayon de l’ordre de $$10^{-10}\,\mathrm{m}$$

Explication

La masse atomique est approximativement de 10−27 kg10^{-27}\,\mathrm{kg} et le rayon atomique de 10−10 m10^{-10}\,\mathrm{m}. Les autres couples mélangent des ordres de grandeur associés à d’autres particules ou échelles.

3. Quelle comparaison entre l’électron et le noyau est correcte ?

L’électron est négatif et léger, tandis que le noyau est positif et concentre presque toute la masse
L’électron est négatif et massif, tandis que le noyau est neutre et possède une masse négligeable
L’électron est positif et léger, tandis que le noyau est négatif et concentre presque toute la masse
L’électron est neutre et massif, tandis que le noyau est positif et possède une masse négligeable

L’électron est négatif et léger, tandis que le noyau est positif et concentre presque toute la masse

Explication

L’électron porte une charge négative et a une masse très faible, alors que le noyau est positif et contient presque toute la masse atomique. Le noyau n’est donc ni négatif ni dépourvu de masse importante.

4. Un atome perd deux électrons : quel type d’ion obtient-on ?

Un isotope portant une charge négative
Un cation portant une charge positive
Un nucléide portant une charge nulle
Un anion portant une charge négative

Un cation portant une charge positive

Explication

La perte d’électrons laisse un excès de charges positives dans l’atome, ce qui forme un cation. Un anion se forme au contraire par gain d’électrons.

5. Que montre principalement l’expérience de Rutherford avec une mince feuille d’or ?

La plupart des particules traversent sans déviation, tandis qu’une minorité est déviée ou réfléchie
Toutes les particules traversent sans déviation, ce qui révèle un noyau diffus
Toutes les particules sont absorbées par la feuille, ce qui révèle des électrons massifs
La plupart des particules sont réfléchies, tandis qu’une minorité traverse sans déviation

La plupart des particules traversent sans déviation, tandis qu’une minorité est déviée ou réfléchie

Explication

Le faisceau de particules alpha traverse généralement la feuille sans déviation, mais une petite partie est déviée ou renvoyée. Cette observation met en évidence un noyau très petit et concentré.

6. Quelle propriété caractérise le proton ?

Il est neutre et possède une masse d’environ 9,11×10−31 kg9,11\times10^{-31}\,\mathrm{kg}
Il porte une charge positive de +1,6×10−19 C+1,6\times10^{-19}\,\mathrm{C} et une masse d’environ 1,67×10−27 kg1,67\times10^{-27}\,\mathrm{kg}
Il est neutre et possède une masse d’environ 1,67×10−27 kg1,67\times10^{-27}\,\mathrm{kg}
Il porte une charge négative de −1,6×10−19 C-1,6\times10^{-19}\,\mathrm{C} et une masse d’environ 1,67×10−27 kg1,67\times10^{-27}\,\mathrm{kg}

Il porte une charge positive de $$+1,6\times10^{-19}\,\mathrm{C}$$ et une masse d’environ $$1,67\times10^{-27}\,\mathrm{kg}$$

Explication

Le proton est positif, avec une charge de +1,6×10−19 C+1,6\times10^{-19}\,\mathrm{C} et une masse proche de 1,67×10−27 kg1,67\times10^{-27}\,\mathrm{kg}. La neutralité électrique et une masse comparable correspondent au neutron, pas au proton.

7. Quelle description correspond au neutron ?

Une particule négative dont la masse est proche de celle du proton
Une particule électriquement neutre dont la masse est proche de celle du proton
Une particule positive dont la masse est proche de celle du neutron
Une particule positive dont la masse est proche de celle de l’électron

Une particule électriquement neutre dont la masse est proche de celle du proton

Explication

Le neutron ne porte pas de charge électrique et sa masse est sensiblement égale à celle du proton. Une particule positive correspond au proton, tandis que l’électron est beaucoup plus léger.

8. Un noyau contient 11 protons et 12 neutrons. Quels sont son numéro atomique et son nombre de masse ?

Z=23Z=23 et A=11A=11
Z=11Z=11 et A=12A=12
Z=12Z=12 et A=23A=23
Z=11Z=11 et A=23A=23

$$Z=11$$ et $$A=23$$

Explication

Le numéro atomique compte les protons, donc Z=11Z=11, et le nombre de masse compte tous les nucléons : A=Z+N=11+12=23A=Z+N=11+12=23. Le nombre de neutrons ne définit pas à lui seul le numéro atomique.

9. Qu’est-ce qu’un nucléide ?

L’ensemble des noyaux ayant le même nombre de nucléons mais des nombres de protons différents
L’ensemble des ions ayant la même charge électrique et le même nombre d’électrons
L’ensemble des atomes ayant le même nombre de protons mais des nombres de neutrons différents
L’ensemble des atomes dont les noyaux ont le même nombre de protons et de neutrons

L’ensemble des atomes dont les noyaux ont le même nombre de protons et de neutrons

Explication

Un nucléide regroupe des atomes dont les noyaux possèdent simultanément les mêmes nombres de protons et de neutrons. Des nombres de neutrons différents caractérisent plutôt des isotopes distincts.

10. Deux entités chimiques appartiennent-elles au même élément lorsqu’elles ont le même numéro atomique mais des nombres de neutrons différents ?

Non, car des entités ayant des neutrons différents sont nécessairement des ions
Oui, car le numéro atomique identique indique le même nombre de protons
Non, car un nombre de neutrons différent définit un élément différent
Oui, mais seulement si elles possèdent aussi le même nombre de masse

Oui, car le numéro atomique identique indique le même nombre de protons

Explication

Un élément chimique est défini par son numéro atomique, c’est-à-dire son nombre de protons, même si le nombre de neutrons ou le nombre de masse varie. Des neutrons différents peuvent donc correspondre à des isotopes du même élément.

11. Quelle condition permet d’identifier deux atomes comme des isotopes ?

Ils ont des nombres de protons différents et le même nombre de neutrons
Ils ont le même nombre de nucléons et des nombres de protons différents
Ils ont le même nombre de protons et le même nombre de neutrons
Ils ont le même nombre de protons et des nombres de neutrons différents

Ils ont le même nombre de protons et des nombres de neutrons différents

Explication

Les isotopes possèdent le même numéro atomique, donc le même nombre de protons, mais des nombres de neutrons différents. Des protons différents indiquent des éléments différents, tandis que des noyaux identiques correspondent au même nucléide.

12. Quelle différence peut exister entre les isotopes d’un même élément ?

Leurs propriétés chimiques deviennent identiques seulement lorsque leurs nombres de neutrons diffèrent
Leurs propriétés chimiques et nucléaires restent identiques dans tous les cas
Leurs propriétés chimiques diffèrent toujours, tandis que leurs propriétés nucléaires restent identiques
Leurs propriétés chimiques peuvent rester identiques, tandis que leurs propriétés nucléaires peuvent différer

Leurs propriétés chimiques peuvent rester identiques, tandis que leurs propriétés nucléaires peuvent différer

Explication

Les isotopes ont des propriétés chimiques identiques lorsque celles-ci dépendent de leur structure électronique, mais leurs propriétés nucléaires peuvent varier, notamment pour la radioactivité ou la fission. La différence de neutrons n’impose donc pas une différence chimique générale.

13. Que représente une mole en chimie nucléaire et atomique ?

La masse totale d’une particule exprimée en grammes par mole
La masse d’un atome de carbone divisée par douze pour définir l’unité u
La masse exprimée en grammes d’un ensemble contenant 6,022 × 10^23 particules
Une quantité de matière contenant autant de particules qu’il y a d’atomes dans 12 g de carbone-12

Une quantité de matière contenant autant de particules qu’il y a d’atomes dans 12 g de carbone-12

Explication

La mole est définie comme une quantité de matière contenant autant de particules que le nombre d’atomes présents dans 12 g du nucléide de référence du carbone. La masse molaire, contrairement à la mole, indique la masse correspondant à cette quantité de matière.

14. Quelle valeur correspond à la constante d’Avogadro ?

12,000 × 10^23 mol^-1
6,022 × 10^-23 mol^-1
1,660 × 10^-27 kg mol^-1
6,022 × 10^23 mol^-1

6,022 × 10^23 mol^-1

Explication

La constante d’Avogadro vaut 6,022 × 10^23 mol^-1 et relie la quantité de matière au nombre de particules. La valeur 1,660 × 10^-27 kg correspond plutôt à l’ordre de grandeur de l’unité de masse atomique.

15. Quelle grandeur correspond à la masse d’une mole d’un élément ou d’une molécule ?

La masse atomique
L’unité de masse atomique
La constante d’Avogadro
La masse molaire

La masse molaire

Explication

La masse molaire M représente la masse d’une mole d’un élément ou d’une molécule. La masse atomique concerne une particule individuelle, tandis que la constante d’Avogadro exprime un nombre de particules par mole.

16. Comment définit-on le défaut de masse d’un noyau ?

La différence entre le nombre de protons et le nombre total de nucléons
La somme des masses du noyau lié et de tous ses nucléons séparés
L’énergie nécessaire pour transformer le noyau lié en nucléons séparés
La différence entre la somme des masses des nucléons séparés et la masse du noyau lié

La différence entre la somme des masses des nucléons séparés et la masse du noyau lié

Explication

Le défaut de masse est la différence entre la somme des masses des nucléons séparés et la masse du noyau lié. L’énergie nécessaire à la séparation correspond à l’énergie de liaison, qui est liée au défaut de masse mais ne se confond pas avec lui.

17. Quelle expression permet de calculer le défaut de masse d’un noyau comportant Z protons et A nucléons ?

Δm=M−Zmp−(A−Z)mn\Delta m = M - Zm_p - (A-Z)m_n
Δm=Zmn+(A−Z)mp+M\Delta m = Zm_n + (A-Z)m_p + M
Δm=Zmp+(A−Z)mn−M\Delta m = Zm_p + (A-Z)m_n - M
Δm=MZmp+(A−Z)mn\Delta m = \frac{M}{Zm_p + (A-Z)m_n}

$$\Delta m = Zm_p + (A-Z)m_n - M$$

Explication

Le défaut de masse se calcule en soustrayant la masse du noyau lié à la somme des masses de ses protons et de ses neutrons séparés : Δm=Zmp+(A−Z)mn−M\Delta m = Zm_p + (A-Z)m_n - M. L’expression inversée donnerait l’opposé du défaut de masse défini ici.

18. Pourquoi la masse d’un noyau lié est-elle inférieure à la somme des masses de ses nucléons séparés ?

Parce que la formation du système lié s’accompagne d’une perte de masse convertie en énergie
Parce que la charge électrique du noyau augmente après la liaison
Parce que la masse des neutrons disparaît dans le noyau formé
Parce que les nucléons deviennent plus nombreux lorsqu’ils sont séparés

Parce que la formation du système lié s’accompagne d’une perte de masse convertie en énergie

Explication

Un noyau lié possède une masse inférieure à celle de ses constituants séparés, car une partie de la masse est convertie en énergie lors de sa formation. Les nucléons restent présents dans le noyau et leur nombre ne change pas au cours de cette liaison.

19. Quelle relation relie le défaut de masse à l’énergie libérée lors de la formation d’un noyau ?

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

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

Explication

L’énergie libérée par la formation du noyau est donnée par la relation d’Einstein ΔE=Δmc2\Delta E = \Delta m c^2. Diviser le défaut de masse par c2c^2 ne fournit pas une énergie, mais une grandeur de dimension différente.

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Qu'est-ce que l'atome dans la matière ?

Le constituant ultime de la matière.

Que forme l'association d'atomes en édifices chimiques stables ?

Les molécules.

Quelle est la charge électrique d'un atome ?

Il est électriquement neutre.

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