QCM : Structure et propriétés des atomes (21 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Concernant la composition d’un atome neutre :

La masse d’un électron est proche de 1 unité de masse atomique.
Son nuage électronique porte une charge positive autour du noyau.
Son noyau positif rassemble des protons et des neutrons.
Son noyau est constitué de protons et d’électrons, sans neutrons.
La masse d’un neutron est approximativement égale à une unité de masse atomique.

Son noyau positif rassemble des protons et des neutrons. · La masse d’un neutron est approximativement égale à une unité de masse atomique.

Explication

Le noyau positif contient des protons et des neutrons, dont la masse est proche de 1 u1\,\mathrm{u} chacun. Le nuage électronique est négatif, l’électron est environ 1 800 fois moins massif qu’un proton, et les électrons ne constituent pas le noyau.

2. Un modèle atomique présente un diamètre atomique de 0,1 nm0{,}1\,\mathrm{nm} et un diamètre nucléaire de 10−5 nm10^{-5}\,\mathrm{nm}. Concernant ses dimensions et sa masse :

Le rapport entre le volume atomique et le volume nucléaire est d’environ 10510^{5}.
Le diamètre nucléaire est environ dix mille fois inférieur au diamètre atomique.
Le nuage électronique concentre la majeure partie de la masse de l’atome.
L’atome est presque vide, tandis que son noyau concentre la majeure partie de sa masse.
Le rapport entre le volume atomique et le volume nucléaire est d’environ 101210^{12}.

Le diamètre nucléaire est environ dix mille fois inférieur au diamètre atomique. · L’atome est presque vide, tandis que son noyau concentre la majeure partie de sa masse. · Le rapport entre le volume atomique et le volume nucléaire est d’environ $$10^{12}$$.

Explication

Le rapport des diamètres vaut 10410^{4}, donc celui des volumes vaut (104)3=1012\left(10^{4}\right)^3=10^{12}. Le noyau est ainsi très petit, mais il concentre l’essentiel de la masse, contrairement au nuage électronique.

3. Un atome neutre possède Z=12Z=12 et un nombre de masse A=26A=26. Parmi les propositions suivantes concernant sa caractérisation, laquelle ou lesquelles sont exactes ?

Son nombre de neutrons est 26−12=1426-12=14.
Son nuage électronique comprend 1212 électrons.
Son noyau contient 1212 protons et porte une charge de +12e+12e.
La masse d’un électron est d’environ 5,5×10−3 u5{,}5\times10^{-3}\,\mathrm{u}.
Son nombre de neutrons est 26+12=3826+12=38.

Son nombre de neutrons est $$26-12=14$$. · Son nuage électronique comprend $$12$$ électrons. · Son noyau contient $$12$$ protons et porte une charge de $$+12e$$.

Explication

Avec Z=12Z=12, le nombre de protons est 12 et, puisque l’atome est neutre, il possède 12 électrons. Le noyau porte donc une charge de +12e+12e. Le nombre de neutrons est N=A−Z=26−12=14N=A-Z=26-12=14, et non 26+12=3826+12=38. La masse d’un électron est d’environ 5,5×10−4 u5{,}5\times10^{-4}\,\mathrm{u}, pas 5,5×10−3 u5{,}5\times10^{-3}\,\mathrm{u}.

4. Concernant le nombre d’Avogadro :

Le nombre d’Avogadro vaut environ 6,022×1023 mol−16{,}022 \times 10^{23}\ \mathrm{mol}^{-1}.
Une mole d’atomes X contient environ 6,022×10226{,}022 \times 10^{22} atomes X.
Il exprime le nombre de particules correspondant à une mole.
Son unité est la mole, notée mol\mathrm{mol}.
Sa valeur est d’environ 6,022×1023 mol6{,}022 \times 10^{23}\ \mathrm{mol}.

Le nombre d’Avogadro vaut environ $$6{,}022 \times 10^{23}\ \mathrm{mol}^{-1}$$. · Il exprime le nombre de particules correspondant à une mole.

Explication

Le nombre d’Avogadro vaut 6,022×1023 mol−16{,}022 \times 10^{23}\ \mathrm{mol}^{-1} et une mole d’atomes X contient environ 6,022×10236{,}022 \times 10^{23} atomes X. L’unité du nombre d’Avogadro est mol−1\mathrm{mol}^{-1}, et sa valeur ne s’exprime donc pas en moles.

5. Un ion He⁺ et un atome d’hélium neutre sont comparés dans le cadre du modèle de Bohr. Quelles propositions sont exactes ?

Dans le modèle de Bohr, l’électron est assimilé à un point matériel.
L’ion He⁺ est hydrogénoïde, car il possède un seul électron.
L’énergie de liaison de l’électron est positive en raison de son attraction nucléaire.
Les couches électroniques du modèle sont repérées par le nombre quantique principal n.
L’atome d’hélium neutre est hydrogénoïde, car il possède deux électrons.

Dans le modèle de Bohr, l’électron est assimilé à un point matériel. · L’ion He⁺ est hydrogénoïde, car il possède un seul électron. · Les couches électroniques du modèle sont repérées par le nombre quantique principal n.

Explication

He⁺ possède un seul électron et est donc hydrogénoïde, tandis que l’hélium neutre en possède deux. Dans le modèle de Bohr, l’électron est assimilé à un point matériel et les couches sont repérées par nn ; son énergie de liaison est négative, non positive, en raison de l’attraction nucléaire.

6. Concernant l’hydrogène et ses isotopes, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

Le deutérium est l’isotope radioactif de l’hydrogène, contrairement au tritium.
Dans l’atome d’hydrogène, le niveau n=1n=1 correspond à la trajectoire la plus proche du noyau.
Dans le modèle de Bohr, l’électron de l’atome d’hydrogène suit une trajectoire elliptique.
Pour l’atome d’hydrogène, le niveau fondamental n=1n=1 vaut −13,6 eV-13{,}6\ \mathrm{eV}.
Les isotopes d’un même élément partagent des propriétés chimiques, mais diffèrent physiquement.

Dans l’atome d’hydrogène, le niveau $$n=1$$ correspond à la trajectoire la plus proche du noyau. · Pour l’atome d’hydrogène, le niveau fondamental $$n=1$$ vaut $$-13{,}6\ \mathrm{eV}$$. · Les isotopes d’un même élément partagent des propriétés chimiques, mais diffèrent physiquement.

Explication

Dans le modèle de Bohr, l’électron suit une trajectoire circulaire ; pour l’hydrogène, le niveau fondamental n=1n=1 correspond à la trajectoire la plus proche du noyau et possède une énergie de −13,6 eV-13{,}6\ \mathrm{eV}. Les isotopes d’un même élément ont les mêmes propriétés chimiques mais des propriétés physiques différentes. Le tritium est radioactif, contrairement au deutérium.

7. Une équipe décrit un électron par la mécanique quantique et utilise l’équation de Schrödinger. Parmi les propositions suivantes concernant ces notions, laquelle(s) est(sont) exacte(s) ?

Une orbitale atomique indique une trajectoire classique exacte de l’électron autour du noyau.
Le principe d’incertitude conduit à décrire une probabilité de présence plutôt qu’une position précise.
L’équation de Schrödinger s’écrit HΨ=EΨH\Psi=E\Psi, où HH est l’opérateur hamiltonien.
La dualité de De Broglie associe une onde à toute particule en mouvement.
La dualité onde-corpuscule formulée par De Broglie date de 1925.

Le principe d’incertitude conduit à décrire une probabilité de présence plutôt qu’une position précise. · L’équation de Schrödinger s’écrit $$H\Psi=E\Psi$$, où $$H$$ est l’opérateur hamiltonien. · La dualité de De Broglie associe une onde à toute particule en mouvement.

Explication

De Broglie formule en 1924 l’association d’une onde à toute particule en mouvement, et l’équation de Schrödinger est HΨ=EΨH\Psi=E\Psi avec HH l’opérateur hamiltonien. Une orbitale ne décrit pas une trajectoire classique exacte : la mécanique quantique donne une probabilité de présence, conformément à la limite liée au principe d’incertitude.

8. Un ion hydrogénoïde de charge nucléaire Z=2Z=2 possède un électron au niveau n=2n=2. Concernant son énergie et les descriptions associées :

Une radiation électromagnétique est associée à l’écart d’énergie entre deux niveaux.
L’énergie du niveau considéré vaut −13,6 eV-13{,}6\ \mathrm{eV}.
Une excitation fait passer l’électron à un niveau supérieur après réception d’une énergie ΔE\Delta E.
La description de l’électron ajoute le nombre quantique de spin s=±12s=\pm\frac{1}{2}.
L’orbitale atomique est caractérisée par les nombres quantiques nn, ll et mm.

Une radiation électromagnétique est associée à l’écart d’énergie entre deux niveaux. · L’énergie du niveau considéré vaut $$-13{,}6\ \mathrm{eV}$$. · Une excitation fait passer l’électron à un niveau supérieur après réception d’une énergie $$\Delta E$$. · La description de l’électron ajoute le nombre quantique de spin $$s=\pm\frac{1}{2}$$. · L’orbitale atomique est caractérisée par les nombres quantiques $$n$$, $$l$$ et $$m$$.

Explication

La formule donne En=−13,6Z2n2=−13,62222=−13,6 eVE_n=-13{,}6\frac{Z^2}{n^2}=-13{,}6\frac{2^2}{2^2}=-13{,}6\ \mathrm{eV}. L’orbitale est définie par n,l,mn,l,m, tandis que l’électron est aussi caractérisé par son spin ; l’excitation requiert ΔE\Delta E et une radiation est associée à l’écart entre niveaux.

9. Concernant les orbitales atomiques s et p ainsi que la fonction d’onde :

Dans un plan nodal, la probabilité de présence électronique est maximale.
Un plan nodal correspond à une région où la probabilité de présence électronique est nulle.
Une orbitale s présente une symétrie sphérique, contrairement à une orbitale p.
Le carré de la fonction d’onde représente la probabilité de présence électronique dans un volume.
Une orbitale p possède une symétrie sphérique, tandis qu’une orbitale s présente un plan nodal.

Un plan nodal correspond à une région où la probabilité de présence électronique est nulle. · Une orbitale s présente une symétrie sphérique, contrairement à une orbitale p. · Le carré de la fonction d’onde représente la probabilité de présence électronique dans un volume.

Explication

L’orbitale s est sphérique, tandis que l’orbitale p est axiale et possède un plan nodal. La probabilité de présence est nulle dans un plan nodal, et elle est représentée par Ψ², non par Ψ directement.

10. Parmi les propositions suivantes concernant la description des atomes polyélectroniques, la(les)quelle(s) est(sont) exacte(s) ?

La configuration électronique indique la répartition des protons dans les orbitales atomiques.
La répulsion entre électrons permet de résoudre exactement l’équation de Schrödinger pour ces atomes.
La configuration électronique décrit la répartition des électrons dans les orbitales atomiques.
Deux électrons d’un même atome doivent différer par au moins un nombre quantique parmi n, l, m et s.
La répulsion électronique rend impossible une résolution analytique exacte de l’équation de Schrödinger.

La configuration électronique décrit la répartition des électrons dans les orbitales atomiques. · Deux électrons d’un même atome doivent différer par au moins un nombre quantique parmi n, l, m et s. · La répulsion électronique rend impossible une résolution analytique exacte de l’équation de Schrödinger.

Explication

La répulsion entre électrons empêche une résolution exacte, d’où le traitement approximatif des électrons comme indépendants. La configuration concerne la répartition des électrons dans les orbitales, et le principe de Pauli interdit deux électrons ayant les quatre mêmes nombres quantiques. Les protons ne sont pas répartis dans les orbitales atomiques.

11. Dans une sous-couche p contenant trois électrons, quelle description du remplissage respecte les règles de Pauli et de Hund ?

Une sous-couche p peut contenir au maximum quatre électrons répartis sur deux orbitales.
Les orbitales de même énergie s’apparient avant que chacune reçoive un électron.
La couche de nombre quantique principal n peut contenir au maximum n2n^2 électrons.
Les trois orbitales de même énergie reçoivent d’abord chacune un électron de spin parallèle.
Les trois électrons s’apparient dans une même orbitale avec des spins opposés.

Les trois orbitales de même énergie reçoivent d’abord chacune un électron de spin parallèle.

Explication

La règle de Hund impose d’occuper d’abord le maximum d’orbitales dégénérées avec des spins parallèles : les trois électrons occupent donc séparément les trois orbitales p. Une orbitale contient au plus deux électrons, une sous-couche p peut en accueillir six, et une couche n peut en contenir au maximum 2n22n^2.

12. Pour un atome dont les sous-couches concernées sont disponibles, quelles propositions décrivent le remplissage et la formation d’un cation ?

Après 3p, l’ordre de remplissage passe par 3d avant 4s.
Lors de la formation d’un cation, les électrons 3d sont retirés avant ceux de 4s.
Après 3p, l’ordre de remplissage passe par 4s avant 3d.
À valeur de n + l égale, la sous-couche de plus petit n se remplit en premier.
À énergie égale, les électrons occupent d’abord des orbitales distinctes avec des spins antiparallèles.

Après 3p, l’ordre de remplissage passe par 4s avant 3d. · À valeur de n + l égale, la sous-couche de plus petit n se remplit en premier.

Explication

Après 3p, les sous-couches se remplissent dans l’ordre 4s, 3d puis 4p, avant 5s. La règle de Klechkowski départage les sous-couches de même n + l en remplissant d’abord celle de plus petit n. Pour former un cation, les électrons de la couche de plus grand n sont retirés en premier, donc 4s avant 3d. Pour des orbitales de même énergie, la règle de Hund favorise l’occupation d’un maximum d’orbitales avec des spins parallèles.

13. À propos des configurations électroniques exceptionnelles du cuivre et du chrome pour Z ≤ 30 :

Le cuivre adopte la configuration [Ar] 4s² 3d⁹, avec une sous-couche d incomplète.
La stabilisation de ces exceptions est associée à une sous-couche d à un quart de remplissage.
Le chrome adopte la configuration [Ar] 4s² 3d⁴, avec une sous-couche d partiellement remplie.
Le cuivre présente la configuration [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ plutôt que [Ar] 4s² 3d⁹.
Le chrome présente la configuration [Ar] 4s¹ 3d⁵ plutôt que [Ar] 4s² 3d⁴.

Le cuivre présente la configuration [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ plutôt que [Ar] 4s² 3d⁹. · Le chrome présente la configuration [Ar] 4s¹ 3d⁵ plutôt que [Ar] 4s² 3d⁴.

Explication

Le cuivre est configuré [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ et le chrome [Ar] 4s¹ 3d⁵. Ces exceptions sont stabilisées lorsque la sous-couche d est pleine ou à moitié pleine; les configurations régulières proposées ne sont donc pas celles retenues.

14. Pour l’atome d’oxygène de configuration [He] 2s² 2p⁴, cochez la (les) proposition(s) exacte(s) :

Ses deux électrons de cœur constituent les électrons les plus énergétiques impliqués dans les liaisons.
Ses six électrons de valence participent à la formation des liaisons et aux réactions chimiques.
Ses deux électrons de cœur ne sont pas des électrons de valence.
Sa configuration comporte six électrons de cœur et deux électrons de valence.
Sa configuration comporte deux électrons de cœur et six électrons de valence.

Ses six électrons de valence participent à la formation des liaisons et aux réactions chimiques. · Ses deux électrons de cœur ne sont pas des électrons de valence. · Sa configuration comporte deux électrons de cœur et six électrons de valence.

Explication

Pour l’oxygène, [He] correspond à deux électrons de cœur et 2s² 2p⁴ à six électrons de valence. Les électrons de valence sont les plus énergétiques et participent aux liaisons et aux réactions chimiques, contrairement aux électrons de cœur.

15. Concernant la notation de Lewis et les électrons de valence, cochez les propositions exactes :

Pour le fer neutre, seuls les électrons 4s comptent comme électrons de valence.
Pour le sélénium, la configuration donnée conduit à seize électrons de valence.
Dans la représentation de Lewis, deux électrons appariés sont figurés par un point isolé.
Pour Fe²⁺, la configuration [Ar] 3d⁶ 4s⁰ conduit à six électrons de valence.
Dans la représentation de Lewis, un électron célibataire est figuré par un point.

Pour Fe²⁺, la configuration [Ar] 3d⁶ 4s⁰ conduit à six électrons de valence. · Dans la représentation de Lewis, un électron célibataire est figuré par un point.

Explication

Un électron célibataire est représenté par un point, et Fe²⁺ compte six électrons de valence après la perte des électrons 4s. Le sélénium en possède six, deux électrons appariés sont figurés par deux points ou un doublet, et le fer neutre compte ses électrons 4s et 3d comme électrons de valence.

16. Deux éléments sont situés sur une même ligne du tableau périodique. Parmi les propositions suivantes concernant leur position, laquelle ou lesquelles est/sont exacte(s) ?

Une période correspond à une colonne regroupant les éléments de même nombre quantique principal n.
En parcourant le tableau ligne par ligne, le numéro atomique augmente de gauche à droite puis de haut en bas.
Les éléments d’une même ligne ont le même nombre d’électrons de valence.
Les deux éléments d’une même ligne ont le même nombre quantique principal n.
En parcourant le tableau, le numéro atomique diminue de gauche à droite puis de haut en bas.

En parcourant le tableau ligne par ligne, le numéro atomique augmente de gauche à droite puis de haut en bas. · Les deux éléments d’une même ligne ont le même nombre quantique principal n.

Explication

Les éléments sont ordonnés par numéro atomique croissant de gauche à droite puis de haut en bas, et une période est une ligne dont les éléments partagent le même n. Le sens de croissance n’est pas décroissant, le partage du nombre d’électrons de valence caractérise une famille, et une période est une ligne plutôt qu’une colonne.

17. Un étudiant compare deux colonnes du tableau périodique. Concernant une famille chimique, quelle(s) proposition(s) est/sont exacte(s) ?

Les éléments d’une même famille ont des propriétés chimiques voisines.
Une famille chimique est une ligne regroupant des éléments de même nombre quantique principal.
La classification périodique comporte 118 éléments différents.
Les éléments d’une même famille occupent une colonne du tableau périodique.
La classification périodique comporte 118 familles chimiques distinctes.

Les éléments d’une même famille ont des propriétés chimiques voisines. · La classification périodique comporte 118 éléments différents. · Les éléments d’une même famille occupent une colonne du tableau périodique.

Explication

Une famille est une colonne dont les éléments partagent le nombre d’électrons de valence et une représentation de Lewis, ce qui explique leurs propriétés voisines. Le tableau compte 118 éléments, non 118 familles, et la ligne de même nombre quantique principal correspond à une période.

18. Concernant les gaz rares et la composition élémentaire du corps humain, quelles sont les propositions exactes ?

Les gaz rares de la dernière colonne sont très stables grâce à leur couche de valence saturée.
Treize autres éléments sont présents en quantité infime dans le corps humain.
Treize éléments représentent 99,9 % du corps humain, tandis qu'onze sont présents en quantité infime.
Onze éléments représentent 99,9 % du corps humain.
Les gaz rares de la dernière colonne sont très stables parce que leur couche de valence est incomplète.

Les gaz rares de la dernière colonne sont très stables grâce à leur couche de valence saturée. · Treize autres éléments sont présents en quantité infime dans le corps humain. · Onze éléments représentent 99,9 % du corps humain.

Explication

La stabilité des gaz rares est associée à une couche de valence saturée. Onze éléments constituent 99,9 % du corps humain et treize autres y sont présents en quantité infime ; les propositions inverses sur la saturation et les effectifs sont donc erronées.

19. Un métal situé à gauche du tableau et un non-métal situé à droite tendent à former des ions. Parmi les propositions suivantes, lesquelles décrivent correctement leur tendance ?

Le métal tend à céder des électrons pour atteindre la configuration du gaz rare suivant.
Le non-métal tend à capter des électrons pour atteindre la configuration du gaz rare suivant.
Le métal tend à capter des électrons pour atteindre la configuration du gaz rare suivant.
Le non-métal tend à céder des électrons pour atteindre la configuration du gaz rare précédent.
Le métal tend à céder des électrons pour atteindre la configuration du gaz rare précédent.

Le non-métal tend à capter des électrons pour atteindre la configuration du gaz rare suivant. · Le métal tend à céder des électrons pour atteindre la configuration du gaz rare précédent.

Explication

Le métal situé à gauche tend à céder des électrons et à rejoindre la configuration du gaz rare précédent ; le non-métal situé à droite tend à en capter pour rejoindre celle du gaz rare suivant. Les autres propositions inversent le sens du transfert ou le gaz rare visé.

20. Dans une liaison entre deux éléments d’électronégativités différentes, cochez les propositions exactes concernant l’électronégativité :

L’électronégativité mesure une grandeur exprimée en unités de charge électrique.
Une forte électronégativité correspond à un potentiel d’ionisation faible.
L’électronégativité est une grandeur sans unité caractérisant l’aptitude d’un élément à gagner des électrons.
Un élément très électronégatif attire davantage la densité électronique de ses voisins.
Une forte électronégativité est associée à un potentiel d’ionisation élevé.

L’électronégativité est une grandeur sans unité caractérisant l’aptitude d’un élément à gagner des électrons. · Un élément très électronégatif attire davantage la densité électronique de ses voisins. · Une forte électronégativité est associée à un potentiel d’ionisation élevé.

Explication

L’électronégativité est sans unité et caractérise notamment l’aptitude à gagner des électrons ou à attirer la densité électronique d’une liaison. Lorsqu’elle est forte, l’élément attire davantage les électrons voisins et possède un potentiel d’ionisation élevé, non faible.

21. Concernant l’apprentissage des valeurs numériques de l’électronégativité :

Les valeurs numériques de l’électronégativité ne sont pas à apprendre par cœur en chimie.
Les valeurs numériques de l’électronégativité doivent être apprises par cœur pour étudier la réactivité.
Les valeurs numériques de l’électronégativité sont à retenir par cœur pour comprendre la polarisation.
Les valeurs numériques de l’électronégativité sont à mémoriser afin d’interpréter les liaisons polarisées.
Les valeurs numériques de l’électronégativité doivent être mémorisées avec précision pour les exercices.

Les valeurs numériques de l’électronégativité ne sont pas à apprendre par cœur en chimie.

Explication

Les valeurs numériques de l’électronégativité ne sont pas à apprendre par cœur. Les propositions qui préconisent leur mémorisation contredisent cette consigne.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 61 flashcards sur Structure et propriétés des atomes.

Quels constituants forment le noyau positif d’un atome neutre ?

Des protons et des neutrons.

Quel est le diamètre approximatif du noyau atomique ?

Environ 10−5 nm10^{-5}\,\text{nm}.

Quel est le rapport approximatif entre le volume de l’atome et celui du noyau ?

Le volume de l’atome est environ 101210^{12} fois celui du noyau.

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