Seconde · Physique-chimie

Transformations nucléaires

Chapitre 10

15 questions originales à réponses multiples pour vérifier les notions, les méthodes et les points de vigilance du chapitre.

Ces 15 questions sur Transformations nucléaires alternent observations, calculs et décisions expérimentales. Plusieurs propositions peuvent être exactes. Prévois du papier et un stylo.

Comment répondre ?

Prévois une feuille et un stylo pour poser tes calculs et rédiger tes étapes. Chaque QCM propose cinq affirmations. Une ou plusieurs réponses peuvent être exactes. Coche-les, vérifie, puis ouvre la correction pour comprendre chaque proposition. Tu obtiens un point seulement si tu coches toutes les bonnes réponses, sans cocher de réponse fausse.

0 question vérifiée sur 15

Question 1

Carbones dans une datation

Une méthode de datation utilise des atomes de carbone différents. On compare les noyaux ¹²₆C et ¹⁴₆C. Quelles conclusions conviennent ?

Leurs nombres de neutrons valent 6 et 8. Les deux noyaux appartiennent à des éléments différents parce que 12 ≠ 14. Les deux noyaux ont exactement 12 neutrons. Ces noyaux sont des isotopes de C. Les deux noyaux possèdent chacun 6 protons.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : A, D, E

A — Vrai. Oui. N = A − Z, donc 12 − 6 = 6 neutrons pour le premier et 14 − 6 = 8 pour le second.
B — Faux. Non. L’identité de l’élément dépend de Z, et non de A ; ici Z = 6 pour chacun.
C — Faux. Non. A = 12 est un nombre total de nucléons pour le premier ; il contient 6 neutrons, le second 8.
D — Vrai. Oui. Ils ont le même Z = 6, mais des nombres de masse A = 12 et A = 14 différents.
E — Vrai. Oui. Leur numéro atomique commun Z = 6 compte les protons, ce qui identifie l’élément C.

Méthode à retenir. Comparer d’abord Z pour l’identité de l’élément, puis calculer N = A − Z pour reconnaître deux isotopes.

Question 2

Uranium d’un minerai

On décrit deux nucléides présents dans une famille d’uranium. On compare les noyaux ²³⁵₉₂U et ²³⁸₉₂U. Quelles conclusions conviennent ?

Les deux noyaux ont exactement 235 neutrons. Les deux noyaux possèdent chacun 92 protons. Ces noyaux sont des isotopes de U. Leurs nombres de neutrons valent 143 et 146. Les deux noyaux appartiennent à des éléments différents parce que 235 ≠ 238.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : B, C, D

A — Faux. Non. A = 235 est un nombre total de nucléons pour le premier ; il contient 143 neutrons, le second 146.
B — Vrai. Oui. Leur numéro atomique commun Z = 92 compte les protons, ce qui identifie l’élément U.
C — Vrai. Oui. Ils ont le même Z = 92, mais des nombres de masse A = 235 et A = 238 différents.
D — Vrai. Oui. N = A − Z, donc 235 − 92 = 143 neutrons pour le premier et 238 − 92 = 146 pour le second.
E — Faux. Non. L’identité de l’élément dépend de Z, et non de A ; ici Z = 92 pour chacun.

Méthode à retenir. Comparer d’abord Z pour l’identité de l’élément, puis calculer N = A − Z pour reconnaître deux isotopes.

Question 3

Oxygène d’un échantillon

Deux types de noyaux d’oxygène sont repérés dans de l’eau. On compare les noyaux ¹⁶₈O et ¹⁸₈O. Quelles conclusions conviennent ?

Les deux noyaux possèdent chacun 8 protons. Ces noyaux sont des isotopes de O. Les deux noyaux appartiennent à des éléments différents parce que 16 ≠ 18. Les deux noyaux ont exactement 16 neutrons. Leurs nombres de neutrons valent 8 et 10.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : A, B, E

A — Vrai. Oui. Leur numéro atomique commun Z = 8 compte les protons, ce qui identifie l’élément O.
B — Vrai. Oui. Ils ont le même Z = 8, mais des nombres de masse A = 16 et A = 18 différents.
C — Faux. Non. L’identité de l’élément dépend de Z, et non de A ; ici Z = 8 pour chacun.
D — Faux. Non. A = 16 est un nombre total de nucléons pour le premier ; il contient 8 neutrons, le second 10.
E — Vrai. Oui. N = A − Z, donc 16 − 8 = 8 neutrons pour le premier et 18 − 8 = 10 pour le second.

Méthode à retenir. Comparer d’abord Z pour l’identité de l’élément, puis calculer N = A − Z pour reconnaître deux isotopes.

Question 4

Fusion de deux isotopes d’hydrogène

Deux noyaux légers se réunissent et donnent un noyau d’hélium et un neutron. Une réaction nucléaire est proposée : ²₁H + ³₁H → ⁴₂He + ¹₀n. Le bilan est laissé à contrôler. Quelles phrases sont correctes ?

Une équation nucléaire peut être validée en contrôlant uniquement les noms des éléments. Le total des nombres de masse à gauche vaut 5. Le total des numéros atomiques est 2 à gauche et 2 à droite. Il est permis de changer A ou Z dans un symbole pour forcer l’ajustement de ²₁H + ³₁H → ⁴₂He + ¹₀n. Le total des nombres de masse à droite vaut 5.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : B, C, E

A — Faux. Non. Il faut conserver les nombres de masse A et les charges représentées ici par les numéros atomiques Z ; un nom seul ne contrôle aucun de ces bilans.
B — Vrai. Oui. On additionne les valeurs A de tous les noyaux et particules écrits à gauche, avec leurs coefficients : le total est 5.
C — Vrai. Oui. En additionnant les Z avec les coefficients de chaque terme, on obtient 2 et 2 ; l’égalité de ces deux nombres est le contrôle de charge nucléaire dans ces exemples.
D — Faux. Non. Une notation nucléaire représente un noyau donné ; pour équilibrer une réaction, on identifie les particules et produits manquants au lieu de modifier arbitrairement leurs nombres.
E — Vrai. Oui. On additionne de même les valeurs A de tous les produits ; on obtient 5. Le neutron libre compte aussi pour A = 1, bien qu’il ne contribue pas au numéro atomique.

Méthode à retenir. Additionner séparément A puis Z de chaque côté, coefficients inclus : ici 5 = 5 et 2 = 2.

Question 5

Une fission d’uranium

Un noyau lourd absorbe un neutron puis se fragmente. Une réaction nucléaire est proposée : ²³⁵₉₂U + ¹₀n → ¹⁴¹₅₆Ba + ⁹²₃₆Kr + 3 ¹₀n. Le bilan est laissé à contrôler. Quelles phrases sont correctes ?

Le total des nombres de masse à gauche vaut 236. Le total des nombres de masse à droite vaut 236. Il est permis de changer A ou Z dans un symbole pour forcer l’ajustement de ²³⁵₉₂U + ¹₀n → ¹⁴¹₅₆Ba + ⁹²₃₆Kr + 3 ¹₀n. Le total des numéros atomiques est 92 à gauche et 92 à droite. Une équation nucléaire peut être validée en contrôlant uniquement les noms des éléments.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : A, B, D

A — Vrai. Oui. On additionne les valeurs A de tous les noyaux et particules écrits à gauche, avec leurs coefficients : le total est 236.
B — Vrai. Oui. On additionne de même les valeurs A de tous les produits ; on obtient 236. Les trois neutrons libres doivent être comptés : 141 + 92 + 3 × 1 = 236.
C — Faux. Non. Une notation nucléaire représente un noyau donné ; pour équilibrer une réaction, on identifie les particules et produits manquants au lieu de modifier arbitrairement leurs nombres.
D — Vrai. Oui. En additionnant les Z avec les coefficients de chaque terme, on obtient 92 et 92 ; l’égalité de ces deux nombres est le contrôle de charge nucléaire dans ces exemples.
E — Faux. Non. Il faut conserver les nombres de masse A et les charges représentées ici par les numéros atomiques Z ; un nom seul ne contrôle aucun de ces bilans.

Méthode à retenir. Additionner séparément A puis Z de chaque côté, coefficients inclus : ici 236 = 236 et 92 = 92.

Question 6

Autre partage de l’uranium

Un autre canal de fission est proposé avec deux fragments lourds. Une réaction nucléaire est proposée : ²³⁵₉₂U + ¹₀n → ¹⁴⁰₅₄Xe + ⁹⁴₃₈Sr + 2 ¹₀n. Le bilan est laissé à contrôler. Quelles phrases sont correctes ?

Une équation nucléaire peut être validée en contrôlant uniquement les noms des éléments. Le total des numéros atomiques est 92 à gauche et 92 à droite. Le total des nombres de masse à gauche vaut 236. Il est permis de changer A ou Z dans un symbole pour forcer l’ajustement de ²³⁵₉₂U + ¹₀n → ¹⁴⁰₅₄Xe + ⁹⁴₃₈Sr + 2 ¹₀n. Le total des nombres de masse à droite vaut 236.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : B, C, E

A — Faux. Non. Il faut conserver les nombres de masse A et les charges représentées ici par les numéros atomiques Z ; un nom seul ne contrôle aucun de ces bilans.
B — Vrai. Oui. En additionnant les Z avec les coefficients de chaque terme, on obtient 92 et 92 ; l’égalité de ces deux nombres est le contrôle de charge nucléaire dans ces exemples.
C — Vrai. Oui. On additionne les valeurs A de tous les noyaux et particules écrits à gauche, avec leurs coefficients : le total est 236.
D — Faux. Non. Une notation nucléaire représente un noyau donné ; pour équilibrer une réaction, on identifie les particules et produits manquants au lieu de modifier arbitrairement leurs nombres.
E — Vrai. Oui. On additionne de même les valeurs A de tous les produits ; on obtient 236. Les deux neutrons émis apportent chacun une unité au total : 140 + 94 + 2 = 236.

Méthode à retenir. Additionner séparément A puis Z de chaque côté, coefficients inclus : ici 236 = 236 et 92 = 92.

Question 7

Émission d’une particule alpha

Un noyau d’uranium émet un noyau d’hélium. Une réaction nucléaire est proposée : ²³⁸₉₂U → ²³⁴₉₀Th + ⁴₂He. Le bilan est laissé à contrôler. Quelles phrases sont correctes ?

Une équation nucléaire peut être validée en contrôlant uniquement les noms des éléments. Le nombre de masse total à gauche de l’équation vaut 234. Il est permis de changer A ou Z dans un symbole pour forcer l’ajustement de ²³⁸₉₂U → ²³⁴₉₀Th + ⁴₂He. Le total des nombres de masse à droite vaut 238. Le total des numéros atomiques vaut 92 à gauche et 90 à droite.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : D

A — Faux. Non. Il faut conserver les nombres de masse A et les charges représentées ici par les numéros atomiques Z ; un nom seul ne contrôle aucun de ces bilans.
B — Faux. Le noyau initial porte A = 238. À droite, 234 + 4 reproduit ce total de 238.
C — Faux. Non. Une notation nucléaire représente un noyau donné ; pour équilibrer une réaction, on identifie les particules et produits manquants au lieu de modifier arbitrairement leurs nombres.
D — Vrai. Oui. On additionne de même les valeurs A de tous les produits ; on obtient 238. Le noyau de thorium et la particule alpha donnent 234 + 4 = 238.
E — Faux. À droite, 90 + 2 = 92 : le numéro atomique total est conservé dans l’équation proposée.

Méthode à retenir. Additionner séparément A puis Z de chaque côté, coefficients inclus : ici 238 = 238 et 92 = 92.

Question 8

Compléter une fusion

Une équation nucléaire s’écrit ²₁H + ³₁H → ⁴₂He + X. Quelle particule X assure les bilans ?

X est une deuxième particule alpha ⁴₂He. X a un numéro atomique Z = 0. X est un proton ¹₁p. La particule X possède un nombre de masse A = 0. X peut être noté ¹₀n.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : B, E

A — Faux. Non. On obtiendrait A = 8 et Z = 4 à droite, incompatibles avec A = 5 et Z = 2 à gauche.
B — Vrai. Oui. Le total Z vaut 1 + 1 = 2 à gauche, et l’hélium fournit déjà 2 à droite ; il manque Z = 0.
C — Faux. Non. Ajouter un proton donnerait Z = 3 à droite contre Z = 2 à gauche.
D — Faux. Le bilan de masse donne 2 + 3 = 4 + A(X), donc A(X) = 1 ; X est un neutron.
E — Vrai. Oui. Le neutron possède A = 1 et Z = 0 : il remplit simultanément les deux bilans.

Méthode à retenir. Calculer les nombres A et Z manquants avant de nommer la particule recherchée.

Question 9

Faire fondre de la glace

Une portion de glace fond et devient de l’eau liquide. On la compare à une transformation nucléaire. Quelles descriptions sont exactes ?

Il faut regarder les entités modifiées pour classifier la transformation. H₂O(s) → H₂O(l) est un changement physique. Le numéro atomique de l’oxygène ne change pas pendant la fonte. La glace et l’eau liquide sont constituées des mêmes molécules H₂O. La fusion de la glace correspond à la fusion nucléaire de deux noyaux.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : A, B, C, D

A — Vrai. Oui. Les molécules restent H₂O ici ; une transformation nucléaire modifierait des noyaux. Ce critère sépare la réorganisation des molécules d’eau d’une modification du nombre de protons ou de nucléons.
B — Vrai. Oui. L’espèce H₂O demeure la même ; seuls l’état et l’organisation des molécules changent.
C — Vrai. Oui. Les noyaux des atomes qui composent l’eau restent les mêmes pendant ce changement physique.
D — Vrai. Le changement d’état modifie l’organisation des molécules, sans changer leur formule H₂O. Leurs positions et leurs interactions changent pendant la fonte, tandis que les noyaux restent inchangés.
E — Faux. Non. Le mot fusion désigne ici un changement d’état ; aucun noyau atomique n’est annoncé comme se combinant.

Méthode à retenir. Ne pas se laisser piéger par le mot fusion : préciser fusion d’un solide ou fusion de noyaux.

Question 10

Brûler du carbone

Le carbone brûle selon C(s) + O₂(g) → CO₂(g). Comment classifier cette transformation en comparaison à une réaction nucléaire ?

Une réaction chimique redistribue les atomes en de nouvelles espèces. C’est une transformation chimique. Le carbone de CO₂ possède un autre numéro atomique que le carbone solide initial. Les noyaux C et O fusionnent pour créer un nouveau noyau de CO₂. Le nombre d’atomes d’oxygène n’est pas conservé.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : A, B

A — Vrai. Oui. Les liaisons changent ici ; la nature des éléments est conservée. Dans C + O₂ → CO₂, chaque atome garde son identité ; seules les liaisons sont réorganisées.
B — Vrai. Oui. Les espèces initiales C et O₂ sont consommées et une nouvelle espèce CO₂ apparaît, tandis que les noyaux conservent leurs éléments.
C — Faux. Une réaction chimique conserve les noyaux des éléments : l’atome de carbone garde Z = 6.
D — Faux. Non. CO₂ est une molécule ; ses atomes sont liés chimiquement, leurs noyaux ne sont pas fusionnés.
E — Faux. Non. O₂ comporte deux O à gauche et CO₂ deux O à droite : l’équation est équilibrée.

Méthode à retenir. Classer d’après ce qui change : état physique, assemblage d’atomes ou composition des noyaux.

Question 11

Le Soleil et les noyaux légers

Une partie de l’énergie rayonnée par le Soleil provient de réactions où des noyaux légers donnent des noyaux plus lourds. Quelles formulations sont prudentes ?

Le Soleil tire cette énergie de la fusion de glaçons ordinaires. Au cours de ces réactions, l’identité de certains noyaux change. La lumière reçue sur Terre a une source énergétique dont l’origine est liée à ces réactions. L’énergie convertie est associée à une transformation nucléaire. On parle de fusion nucléaire.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : B, C, D, E

A — Faux. Non. Un changement d’état de glace est physique ; le processus solaire cité modifie des noyaux.
B — Vrai. La fusion nucléaire assemble des noyaux légers en noyaux plus lourds ; les noyaux produits ne sont pas identiques aux initiaux.
C — Vrai. Oui. Les réactions du cœur solaire alimentent le rayonnement qui quitte le Soleil et atteint en partie la Terre.
D — Vrai. Oui. La différence entre état initial et final dans ces réactions se traduit par une énergie libérée.
E — Vrai. Oui. Des noyaux légers se combinent lors d’étapes nucléaires, notamment dans les chaînes transformant l’hydrogène en hélium.

Méthode à retenir. Relier le Soleil à la fusion de noyaux légers, sans confondre avec fusion d’un matériau qui change d’état.

Question 12

Centrale nucléaire et fission

Une centrale exploite l’énergie libérée par la fission de certains noyaux lourds. Que signifie cette affirmation ?

L’énergie convertie permet d’abord de produire de la chaleur dans le dispositif. Fission et fusion nucléaires désignent exactement la même modification des noyaux. Une équation de fission doit conserver les totaux A et Z. Un noyau lourd peut donner des noyaux plus légers. Une centrale réagit uniquement en brûlant chimiquement de l’uranium avec O₂.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : A, C, D

A — Vrai. Oui. Une partie de l’énergie libérée lors de la fission chauffe le circuit du réacteur, avant d’autres conversions vers l’électricité.
B — Faux. Non. La fission fragmente un noyau lourd, tandis que la fusion réunit des noyaux légers.
C — Vrai. Oui. Les nombres de masse et les charges nucléaires sont vérifiés de part et d’autre de l’écriture.
D — Vrai. Oui. La fission est une fragmentation nucléaire, représentable par une équation de noyaux et de particules.
E — Faux. Non. La source d’énergie annoncée est une transformation nucléaire des noyaux, non la combustion chimique de l’uranium.

Méthode à retenir. Distinguer fission (noyau lourd fragmenté) et fusion (noyaux légers réunis), puis suivre les conversions d’énergie.

Question 13

Écriture du neutron et du proton

Pour compléter une réaction nucléaire, une élève hésite entre ¹₀n et ¹₁p. Quelles vérifications sont justes ?

Le neutron possède Z = 1 parce qu’il a une masse. Les deux écritures peuvent être échangées sans modifier le bilan de charge. Le neutron possède A = 1 et Z = 0 dans cette notation. Le bilan de A seul ne permet pas toujours de les distinguer. Le proton possède A = 1 et Z = 1.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : C, D, E

A — Faux. Non. Z compte les protons et correspond ici à la charge nucléaire en unités de e ; la masse du neutron ne change pas Z = 0.
B — Faux. Non. Leur A est identique, mais leurs Z diffèrent de 1 ; les échanger peut déséquilibrer la charge nucléaire.
C — Vrai. Oui. C’est un nucléon sans charge électrique ; il contribue à A mais pas au total Z.
D — Vrai. Oui. Les deux particules ont A = 1 ; il faut aussi calculer Z pour choisir entre neutron et proton.
E — Vrai. Oui. C’est un nucléon de charge +e ; il ajoute une unité aux totaux A et Z.

Méthode à retenir. Contrôler deux sommes indépendantes : A distingue la masse nucléonique, Z la charge nucléaire.

Question 14

Changement d’élément

Un noyau de numéro atomique Z = 6 se transforme en un noyau de Z = 7 au cours d’un processus annoncé. Que peut-on conclure avec ces seules données ?

Cette modification de noyau ne relève pas d’un simple changement d’état. Le phénomène annoncé est de nature nucléaire si ces données décrivent bien les noyaux. L’élément chimique du noyau a changé. Il suffit d’avoir dissous ce noyau dans l’eau pour passer de Z = 6 à Z = 7. On connaît déjà l’équation nucléaire complète et son bilan énergétique.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : A, B, C

A — Vrai. Oui. Fondre ou vaporiser une espèce ne modifie pas le nombre de protons de ses noyaux.
B — Vrai. Oui. Un changement du nombre de protons dans le noyau est une transformation nucléaire. Passer de six à sept protons change l’identité de l’élément ; une opération chimique ordinaire ne le ferait pas.
C — Vrai. Oui. Z compte les protons et identifie l’élément : Z = 6 désigne le carbone, Z = 7 l’azote.
D — Faux. Non. La dissolution redistribue des espèces ; elle ne crée pas un proton dans un noyau.
E — Faux. Non. Z initial et Z final seuls ne donnent ni les autres particules, ni les nombres de masse, ni l’énergie du processus.

Méthode à retenir. La modification de Z signe un changement d’élément ; pour écrire l’équation complète, demander aussi les A et les autres produits.

Question 15

Une notation incomplète

On reçoit la seule écriture ¹⁴₆C pour un noyau d’un échantillon. Sans mesure supplémentaire, qu’apprend-on réellement ?

Tous les noyaux de carbone du monde ont A = 14. Un atome neutre de ce nucléide possède 6 électrons. L’écriture donne directement la masse totale de tout l’échantillon. Il s’agit d’un noyau de carbone de 14 nucléons. Il contient 8 neutrons.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : B, D, E

A — Faux. Non. Il existe plusieurs isotopes du carbone, notamment A = 12 et A = 13 ; Z = 6 demeure commun.
B — Vrai. Oui. Six protons du noyau sont compensés par six électrons dans l’atome neutre correspondant.
C — Faux. Non. Elle décrit un type de noyau, pas le nombre de noyaux ni la masse de la collection macroscopique.
D — Vrai. Oui. Z = 6 désigne le carbone et A = 14 le nombre total de nucléons.
E — Vrai. Oui. N = A − Z = 14 − 6 = 8 neutrons. Le calcul retranche les six protons des quatorze nucléons du noyau, sans considérer les électrons.

Méthode à retenir. Lire Z, A et N = A − Z ; une notation nucléaire ne décrit pas à elle seule la taille de l’échantillon.

Ton bilan

Vérifie les questions une à une pour construire ton bilan.

Une erreur dans ce QCM ? Écris-moi à remi@alors-on-science.com en précisant la question. L’objet du message et le lien vers la banque sont déjà renseignés.

Ton score est calculé dans ton navigateur : il n’est ni enregistré ni envoyé au site.