QCM : Structure moléculaire et mésomérie — 18 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle distinction décrit correctement un atome et un ion ?

Un atome contient des électrons de cœur, tandis qu’un ion contient des électrons de valence.
Un atome possède un noyau, tandis qu’un ion en est dépourvu.
Un atome porte une charge, tandis qu’un ion est électriquement neutre.
Un atome est neutre, tandis qu’un ion porte une charge électrique.

Un atome est neutre, tandis qu’un ion porte une charge électrique.

Explication

Un atome est électriquement neutre, alors qu’un ion est chargé et peut être un cation ou un anion. La présence d’électrons de cœur ou de valence ne permet pas de distinguer directement ces deux catégories.

2. Quels électrons jouent le rôle principal dans la réactivité chimique d’un atome ?

Les électrons libérés lors de la formation du noyau.
Les électrons de cœur, situés près du noyau.
Les électrons associés aux neutrons dans le noyau.
Les électrons de valence, situés dans la couche externe.

Les électrons de valence, situés dans la couche externe.

Explication

Les électrons de valence participent directement à la réactivité chimique, contrairement aux électrons de cœur. Les électrons de cœur sont liés plus fortement au noyau et n’interagissent pas directement dans les liaisons chimiques.

3. Que met en commun une liaison covalente entre deux atomes ?

Deux protons du noyau formant un doublet nucléaire.
Deux électrons de valence formant un doublet liant.
Deux neutrons des noyaux formant une paire stable.
Deux électrons de cœur formant une charge positive.

Deux électrons de valence formant un doublet liant.

Explication

Une liaison covalente correspond au partage de deux électrons de valence entre deux atomes, constituant un doublet liant. Les protons, les neutrons et les électrons de cœur ne forment pas ce doublet partagé.

4. Quel énoncé applique correctement la règle du duet ?

Les éléments de la première période tendent à s’entourer de huit électrons.
Les éléments de la deuxième période peuvent dépasser huit électrons.
Les éléments de la troisième période tendent à s’entourer de deux électrons.
Les éléments de la première période tendent à s’entourer de deux électrons.

Les éléments de la première période tendent à s’entourer de deux électrons.

Explication

La règle du duet concerne les éléments de la première période, qui tendent à s’entourer de deux électrons de valence. La règle de l’octet concerne principalement les éléments des deuxième et troisième périodes.

5. Lorsqu’on examine le carbone, l’azote, l’oxygène et le fluor dans une structure électronique, quelle contrainte faut-il respecter ?

Ils doivent atteindre deux électrons, comme les éléments de la première période.
Ils ne doivent pas dépasser un total de huit électrons autour de leur atome.
Ils doivent dépasser huit électrons dès qu’ils forment une liaison multiple.
Ils peuvent adopter une hypervalence dès qu’ils appartiennent à la deuxième période.

Ils ne doivent pas dépasser un total de huit électrons autour de leur atome.

Explication

Le carbone, l’azote, l’oxygène et le fluor ne peuvent pas dépasser l’octet, même si certains éléments plus lourds peuvent être hypervalents. La règle du duet ne s’applique pas à ces éléments des périodes 2 et 3.

6. Quelle séquence correspond à une démarche correcte pour établir une formule de Lewis ?

Former les doublets, choisir les charges, disposer les atomes, puis ignorer les électrons restants.
Placer les électrons autour d’un seul atome, calculer les charges, puis ajouter les autres atomes.
Disposer les atomes, attribuer les charges, compter les électrons, puis supprimer les doublets liants.
Compter les électrons, disposer les atomes, placer les électrons, former les doublets, puis vérifier les charges.

Compter les électrons, disposer les atomes, placer les électrons, former les doublets, puis vérifier les charges.

Explication

La construction commence par le comptage des électrons de valence et l’organisation des atomes, puis se poursuit par le placement des électrons, la formation des doublets et l’attribution des charges formelles. Les lacunes éventuelles sont ensuite représentées et la structure est vérifiée.

7. Quelle condition doit être respectée dans une formule de Lewis pour une espèce chargée ?

Chaque atome doit porter une charge formelle identique à celle de l’espèce.
La somme des charges formelles doit toujours être nulle, quelle que soit l’espèce.
Les charges formelles doivent être absentes dès qu’un octet est atteint.
La somme des charges formelles doit correspondre à la charge totale de l’espèce.

La somme des charges formelles doit correspondre à la charge totale de l’espèce.

Explication

La somme des charges formelles doit être égale à la charge totale de l’espèce représentée. Une somme nulle convient à une espèce neutre, mais pas à un ion chargé.

8. Pour départager plusieurs formules de Lewis, où favorise-t-on une charge négative ?

Sur l’atome qui possède le plus grand nombre de liaisons, indépendamment de son électronégativité.
Sur l’atome de carbone, quelle que soit sa position dans la structure.
Sur l’atome le moins électronégatif, afin de réduire son attraction électronique.
Sur l’atome le plus électronégatif, après avoir vérifié les octets pertinents.

Sur l’atome le plus électronégatif, après avoir vérifié les octets pertinents.

Explication

Lorsqu’il faut choisir entre plusieurs représentations, une charge négative est favorisée sur l’atome le plus électronégatif, après les critères liés aux octets et au nombre de charges. Placer cette charge sur l’atome le moins électronégatif contredit la hiérarchie de stabilité indiquée.

9. Quel type de recouvrement orbital forme une liaison sigma ?

Un recouvrement axial des orbitales atomiques
Un transfert complet d’électrons entre orbitales
Une interaction entre deux doublets non liants
Un recouvrement latéral des orbitales atomiques

Un recouvrement axial des orbitales atomiques

Explication

Une liaison sigma provient d’un recouvrement axial des orbitales atomiques selon l’axe internucléaire. Le recouvrement latéral caractérise une liaison pi, et non une liaison sigma.

10. Pourquoi une liaison sigma est-elle généralement plus forte qu’une liaison pi ?

Elle contient davantage d’électrons délocalisés qu’une liaison pi
Son recouvrement axial est plus efficace que le recouvrement latéral
Elle possède une longueur toujours supérieure à celle d’une liaison pi
Elle est formée entre des atomes ayant des charges opposées

Son recouvrement axial est plus efficace que le recouvrement latéral

Explication

Le recouvrement axial d’une liaison sigma est plus efficace et produit une liaison plus forte que le recouvrement latéral d’une liaison pi. La délocalisation et les charges atomiques ne constituent pas la raison générale de cette différence.

11. Quelle évolution accompagne l’augmentation de la multiplicité d’une liaison C–C, de simple à triple ?

La longueur et l’énergie augmentent ensemble
La longueur diminue tandis que l’énergie augmente
La longueur et l’énergie diminuent ensemble
La longueur augmente tandis que l’énergie diminue

La longueur diminue tandis que l’énergie augmente

Explication

Pour les liaisons C–C simple, double et triple, la longueur passe de 154 à 134 puis 120 pm, tandis que l’énergie passe de 348 à 612 puis 837 kJ·mol⁻¹. Une multiplicité plus élevée renforce donc la liaison et raccourcit sa longueur.

12. Qu’est-ce qui distingue une formule mésomère d’une réaction chimique ?

Elle transforme une molécule en deux espèces de constitution différente
Elle déplace des électrons sans modifier le squelette sigma
Elle modifie le squelette sigma en créant de nouveaux atomes
Elle change la position des noyaux tout en conservant les électrons

Elle déplace des électrons sans modifier le squelette sigma

Explication

Une formule mésomère représente la même molécule après délocalisation d’électrons pi ou de doublets non liants, sans changement du squelette sigma. Une réaction chimique implique au contraire une transformation de la structure de la molécule.

13. Laquelle de ces suites correspond aux quatre types de conjugaison étudiés ?

π-σ-π, π-π-doublet non liant, σ-lacune-π et liaison simple-lacune-lacune
σ-π-σ, π-liaison simple-π, lacune-σ-lacune et doublet non liant-π-π
π-π-σ, σ-doublet non liant-σ, lacune-π-σ et doublet non liant-doublet non liant
π-σ-π, π-σ-doublet non liant, π-σ-lacune et doublet non liant-liaison simple-lacune

π-σ-π, π-σ-doublet non liant, π-σ-lacune et doublet non liant-liaison simple-lacune

Explication

Les quatre conjugaisons retenues sont π-σ-π, π-σ-doublet non liant, π-σ-lacune et doublet non liant-liaison simple-lacune. Les autres suites remplacent ou réorganisent certains motifs et ne correspondent donc pas à cette classification.

14. Comment définit-on un système conjugué ?

Comme une liaison sigma entourée de deux doublets non liants
Comme une molécule contenant plusieurs atomes identiques liés entre eux
Comme un enchaînement de conjugaisons successives
Comme une succession de réactions modifiant le squelette moléculaire

Comme un enchaînement de conjugaisons successives

Explication

Un système conjugué est constitué de conjugaisons qui se succèdent dans une même structure. La présence d’atomes identiques ou de doublets non liants ne suffit pas à définir une conjugaison, et une réaction chimique modifie la structure au lieu de décrire sa délocalisation.

15. Quelle stabilisation énergétique est associée à une conjugaison et à l’aromaticité ?

Environ 10 kJ·mol⁻¹ par conjugaison et jusqu’à 100 kJ·mol⁻¹ pour l’aromaticité
Environ 10 kJ·mol⁻¹ par conjugaison et jusqu’à 20 kJ·mol⁻¹ pour l’aromaticité
Environ 100 kJ·mol⁻¹ par conjugaison et jusqu’à 10 kJ·mol⁻¹ pour l’aromaticité
Environ 20 kJ·mol⁻¹ par conjugaison et jusqu’à 1000 kJ·mol⁻¹ pour l’aromaticité

Environ 10 kJ·mol⁻¹ par conjugaison et jusqu’à 100 kJ·mol⁻¹ pour l’aromaticité

Explication

Chaque conjugaison stabilise la molécule d’environ 10 kJ·mol⁻¹, alors que la stabilisation associée aux molécules aromatiques peut atteindre 100 kJ·mol⁻¹. Les autres valeurs inversent ou déforment ces ordres de grandeur.

16. Quelle condition électronique caractérise une molécule aromatique ?

Son cycle de délocalisation contient N=4n+2N=4n+2 électrons délocalisés
Son cycle de délocalisation contient N=4nN=4n électrons délocalisés
Son cycle de délocalisation contient N=4n−2N=4n-2 électrons délocalisés
Son cycle de délocalisation contient N=2n+1N=2n+1 électrons délocalisés

Son cycle de délocalisation contient $$N=4n+2$$ électrons délocalisés

Explication

Une molécule aromatique possède un cycle de délocalisation contenant N=4n+2N=4n+2 électrons délocalisés. Les autres relations ne correspondent pas au critère électronique indiqué pour l’aromaticité.

17. Quelle conséquence structurale la délocalisation impose-t-elle à un système conjugué ?

Les atomes du système conjugué perdent toute organisation géométrique
Les atomes du système conjugué se trouvent dans un même plan
Les atomes du système conjugué adoptent une disposition tétraédrique
Les atomes du système conjugué alternent entre deux plans perpendiculaires

Les atomes du système conjugué se trouvent dans un même plan

Explication

La délocalisation rend la structure plane, car les atomes d’un même système conjugué appartiennent au même plan de l’espace. Une disposition tétraédrique ou alternée entre plusieurs plans empêcherait cette conjugaison continue.

18. Comment varie la longueur d’onde absorbée lorsque le nombre de conjugaisons augmente ?

L’espèce absorbe une lumière de longueur d’onde plus élevée
L’espèce absorbe une lumière dont la longueur d’onde reste constante
L’espèce cesse d’absorber la lumière dès que la conjugaison augmente
L’espèce absorbe une lumière de longueur d’onde plus faible

L’espèce absorbe une lumière de longueur d’onde plus faible

Explication

Selon la règle donnée, une espèce comportant davantage de conjugaisons absorbe une lumière de plus faible longueur d’onde. Une augmentation du nombre de conjugaisons n’entraîne donc pas une longueur d’onde constante ni une disparition de l’absorption.

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Comment se caractérise un élément chimique ?

Par un numéro atomique et un symbole avec une majuscule suivie de 0 à 2 minuscules.

Quelle différence électrique existe entre un atome et un ion ?

Un atome est neutre, un ion est chargé.

Quelles sont les deux catégories d'électrons distinguées selon leur réactivité ?

Les électrons de valence et les électrons de cœur.

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