QCM : Structure microscopique de la matière — 17 questions

Questions et réponses du QCM

1. Qu’est-ce qui caractérise une espèce chimique ?

Elle est constituée d’un très grand nombre d’entités chimiques identiques.
Elle correspond à une seule entité chimique isolée et observable.
Elle désigne un assemblage d’atomes formant nécessairement une molécule.
Elle rassemble des entités chimiques possédant des charges électriques opposées.

Elle est constituée d’un très grand nombre d’entités chimiques identiques.

Explication

Une espèce chimique regroupe un très grand nombre d’entités chimiques identiques. Une entité isolée ne constitue donc pas, à elle seule, une espèce chimique.

2. Laquelle de ces propositions décrit correctement une entité chimique ?

Elle désigne un atome qui contient nécessairement des électrons en excès.
Elle correspond à un ensemble d’ions associés dans un composé solide.
Elle est formée de plusieurs atomes liés et possède une charge nulle.
Elle peut être un atome neutre, une molécule neutre ou un ion chargé.

Elle peut être un atome neutre, une molécule neutre ou un ion chargé.

Explication

Une entité chimique peut être un atome électriquement neutre, une molécule neutre ou un ion chargé. Une molécule n’est donc pas la seule forme possible d’entité chimique.

3. Quelle transformation distingue un cation d’un anion ?

Un cation a perdu des électrons, tandis qu’un anion en a gagné.
Un cation a perdu des protons, tandis qu’un anion en a gagné.
Un cation a gagné des électrons, tandis qu’un anion en a perdu.
Un cation possède davantage de neutrons, tandis qu’un anion en possède moins.

Un cation a perdu des électrons, tandis qu’un anion en a gagné.

Explication

La perte d’un ou plusieurs électrons forme un cation, tandis que le gain d’électrons forme un anion. Les protons et les neutrons ne déterminent pas cette distinction.

4. Pourquoi les ions sodium et chlorure s’associent-ils dans le composé NaCl selon des quantités égales ?

Leurs nombres d’électrons deviennent identiques après la formation du composé ionique.
Leurs charges opposées se compensent pour assurer la neutralité électrique du composé.
Leurs noyaux s’assemblent afin de former une entité moléculaire électriquement neutre.
Leurs masses différentes imposent une répartition identique des particules dans le composé.

Leurs charges opposées se compensent pour assurer la neutralité électrique du composé.

Explication

Dans NaCl, un ion Na⁺ et un ion Cl⁻ apportent des charges opposées qui se compensent. La neutralité du composé ne résulte pas d’une égalité de masse ou d’un assemblage des noyaux.

5. Comment est constitué un atome électriquement neutre ?

D’électrons positifs concentrés dans un noyau avec des neutrons négatifs.
D’un noyau négatif entouré de protons positifs immobiles.
D’un noyau positif entouré d’électrons négatifs en mouvement.
D’un ensemble de neutrons entouré d’ions de charges opposées.

D’un noyau positif entouré d’électrons négatifs en mouvement.

Explication

Un atome possède un noyau chargé positivement et des électrons chargés négativement qui se déplacent autour de lui. La neutralité globale vient de la compensation des charges positives et négatives.

6. Quelle répartition des propriétés caractérise le mieux l’atome ?

Les protons et les électrons ont la même masse et gouvernent de façon comparable les contacts.
Le noyau concentre la masse, tandis que les électrons participent aux contacts entre atomes.
Les électrons concentrent la masse, tandis que le noyau participe aux contacts entre atomes.
Le noyau porte une charge négative, tandis que les électrons portent une charge positive.

Le noyau concentre la masse, tandis que les électrons participent aux contacts entre atomes.

Explication

La masse de l’atome est principalement concentrée dans le noyau, alors que les électrons interviennent dans les contacts entre atomes. La charge du noyau est positive et celle des électrons est négative.

7. Qu’appelle-t-on un nucléon ?

Une particule du nuage électronique qui porte une charge positive.
Une particule du noyau qui peut être un proton ou un neutron.
Une particule négative qui se déplace autour du noyau atomique.
Une entité neutre formée par l’association de plusieurs atomes.

Une particule du noyau qui peut être un proton ou un neutron.

Explication

Un nucléon est une particule constitutive du noyau : il s’agit soit d’un proton, soit d’un neutron. L’électron appartient au nuage électronique et n’est pas un nucléon.

8. Quelle comparaison entre le proton et le neutron est correcte ?

Ils ont tous deux une charge positive, mais le proton est beaucoup plus léger.
Ils ont une masse voisine, mais le proton est neutre et le neutron est négatif.
Ils ont une masse voisine, mais le proton est positif et le neutron est neutre.
Ils ont une charge opposée, mais le neutron est beaucoup plus massif que le proton.

Ils ont une masse voisine, mais le proton est positif et le neutron est neutre.

Explication

Le proton et le neutron ont chacun une masse d’environ 1,67×10−27 kg1{,}67 \times 10^{-27}\ \mathrm{kg}, mais le proton porte la charge +e+e et le neutron a une charge nulle. La neutralité électrique est donc une propriété du neutron, pas du proton.

9. Quelles sont la masse et la charge électrique d’un électron ?

Une masse de 9,11×10−31 kg9{,}11 \times 10^{-31}\ \mathrm{kg} et une charge −1,6×10−19 C-1{,}6 \times 10^{-19}\ \mathrm{C}.
Une masse de 1,67×10−27 kg1{,}67 \times 10^{-27}\ \mathrm{kg} et une charge +1,6×10−19 C+1{,}6 \times 10^{-19}\ \mathrm{C}.
Une masse de 1,67×10−27 kg1{,}67 \times 10^{-27}\ \mathrm{kg} et une charge −1,6×10−19 C-1{,}6 \times 10^{-19}\ \mathrm{C}.
Une masse de 9,11×10−31 kg9{,}11 \times 10^{-31}\ \mathrm{kg} et une charge nulle.

Une masse de $$9{,}11 \times 10^{-31}\ \mathrm{kg}$$ et une charge $$-1{,}6 \times 10^{-19}\ \mathrm{C}$$.

Explication

L’électron possède une masse d’environ 9,11×10−31 kg9{,}11 \times 10^{-31}\ \mathrm{kg} et une charge négative égale à −e=−1,6×10−19 C-e = -1{,}6 \times 10^{-19}\ \mathrm{C}. La masse proche de 1,67×10−27 kg1{,}67 \times 10^{-27}\ \mathrm{kg} correspond au proton et au neutron.

10. Un atome neutre possède un numéro atomique Z=8Z=8 : combien contient-il d’électrons ?

Il contient 16 électrons, car chaque proton est associé à deux électrons.
Il contient 8 électrons, car leur nombre est égal à celui des protons.
Il contient 4 électrons, car la neutralité répartit les charges par paires.
Il contient 0 électron, car la charge totale d’un atome neutre est nulle.

Il contient 8 électrons, car leur nombre est égal à celui des protons.

Explication

Dans un atome neutre, le nombre d’électrons est égal au nombre de protons et vaut ZZ. Pour Z=8Z=8, l’atome possède donc 8 électrons, et non une charge électronique nulle.

11. Que représente le nombre de masse AA dans la notation symbolique d’un atome ?

Le nombre total de nucléons du noyau
Le nombre total d’électrons de l’atome
Le nombre de protons du noyau
La charge électrique portée par le noyau

Le nombre total de nucléons du noyau

Explication

Le nombre de masse AA correspond à la somme des protons et des neutrons, c’est-à-dire au nombre total de nucléons du noyau. Le nombre de protons est donné par ZZ, et non par AA.

12. Un noyau possède A=40A=40 nucléons et Z=18Z=18 protons : combien contient-il de neutrons ?

40 neutrons
58 neutrons
22 neutrons
18 neutrons

22 neutrons

Explication

Le nombre de neutrons se calcule par A−ZA-Z, donc 40−18=2240-18=22. La valeur 1818 correspond au nombre de protons, pas à celui des neutrons.

13. Quelle expression permet d’estimer la masse d’un atome contenant AA nucléons ?

matome≈Z×9,11×10−31 kgm_{atome}\approx Z\times9,11\times10^{-31}\ \mathrm{kg}
matome≈(A+Z)×1,67×10−27 kgm_{atome}\approx (A+Z)\times1,67\times10^{-27}\ \mathrm{kg}
matome≈A×1,67×10−27 kgm_{atome}\approx A\times1,67\times10^{-27}\ \mathrm{kg}
matome≈A×9,11×10−31 kgm_{atome}\approx A\times9,11\times10^{-31}\ \mathrm{kg}

$$m_{atome}\approx A\times1,67\times10^{-27}\ \mathrm{kg}$$

Explication

La masse de l’atome est pratiquement celle de son noyau, car la masse des électrons est négligeable. Elle s’estime donc par A×mnucleˊon=A×1,67×10−27 kgA\times m_{nucléon}=A\times1,67\times10^{-27}\ \mathrm{kg}, et non à partir de la masse des électrons.

14. Comment compare-t-on approximativement la taille d’un atome à celle de son noyau ?

L’atome et le noyau mesurent chacun environ 10−15 m10^{-15}\ \mathrm{m}.
L’atome et le noyau mesurent chacun environ 10−10 m10^{-10}\ \mathrm{m}.
L’atome mesure environ 10−15 m10^{-15}\ \mathrm{m} et le noyau environ 10−10 m10^{-10}\ \mathrm{m}.
L’atome mesure environ 10−10 m10^{-10}\ \mathrm{m} et le noyau environ 10−15 m10^{-15}\ \mathrm{m}.

L’atome mesure environ $$10^{-10}\ \mathrm{m}$$ et le noyau environ $$10^{-15}\ \mathrm{m}$$.

Explication

La taille caractéristique d’un atome est d’environ 1×10−10 m1\times10^{-10}\ \mathrm{m}, tandis que celle de son noyau est d’environ 1×10−15 m1\times10^{-15}\ \mathrm{m}. Le noyau est donc beaucoup plus petit que l’atome.

15. Que signifie l’expression « structure lacunaire » pour un atome ?

L’atome est constitué d’une grande proportion de vide.
Le noyau contient un mélange de charges positives et négatives.
Les nucléons sont séparés par des espaces de taille comparable à l’atome.
Les électrons sont concentrés dans une région plus massive que le noyau.

L’atome est constitué d’une grande proportion de vide.

Explication

Une structure lacunaire signifie que l’atome contient beaucoup de vide entre son noyau et la région où se trouvent ses électrons. Cela ne signifie pas que le noyau mélange des charges positives et négatives.

16. Qu’est-ce qui permet d’identifier un élément chimique malgré une éventuelle ionisation de ses atomes ?

La charge électrique de l’atome ou de l’ion
Le nombre d’électrons autour du noyau
Le nombre de protons dans le noyau
Le nombre total de nucléons dans le noyau

Le nombre de protons dans le noyau

Explication

Un élément chimique est défini par son numéro atomique ZZ, donc par son nombre de protons. L’ionisation change le nombre d’électrons, mais elle ne modifie pas l’identité de l’élément.

17. Deux noyaux sont isotopes lorsqu’ils possèdent…

Des nombres identiques de protons, de neutrons et de nucléons
Le même nombre de protons et des nombres de neutrons différents
Des nombres de protons différents et le même nombre de neutrons
Le même nombre de nucléons et des nombres de protons différents

Le même nombre de protons et des nombres de neutrons différents

Explication

Des isotopes ont le même nombre de protons, donc le même numéro atomique ZZ, mais des nombres de neutrons différents. Des noyaux ayant des nombres de protons différents appartiennent à des éléments chimiques différents.

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Qu'est-ce qu'une espèce chimique ?

Un ensemble d'un très grand nombre d'entités chimiques identiques.

Quelles formes peut prendre une entité chimique ?

Un atome neutre, une molécule neutre ou un ion chargé.

Qu'est-ce qu'une molécule ?

Une entité neutre formée d'un assemblage d'atomes.

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