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Un niveau d'organisation : les éléments chimiques

Nucléosynthèse, abondance des éléments dans l'Univers, la Terre et le vivant, radioactivité et demi-vie (programme d'enseignement scientifique de 1re)

À propos de cette page

Ce QCM sur « Un niveau d'organisation : les éléments chimiques » en première teste tes connaissances en enseignement scientifique de manière interactive. Les questions, classées par niveau (facile, moyen, difficile), respectent le programme officiel de première. Au programme : L'essentiel, D'où viennent les éléments chimiques ? La nucléosynthèse, Fusion ou fission : lire une équation nucléaire, Abondance des éléments dans l'Univers, la Terre et le vivant. À chaque réponse, une explication détaillée t'aide à comprendre tes erreurs et à mémoriser l'essentiel. Idéal pour s'auto-évaluer rapidement, réviser avant un contrôle ou consolider ses acquis. Quiz gratuit conçu par un professeur particulier à Marseille pour progresser en enseignement scientifique en première.

Choisis ton niveau. Questions et réponses mélangées à chaque partie. Bonne chance !

Les 24 questions du QCM en version texte

Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.

Niveau facile — 8 questions

Quels sont les deux éléments les plus abondants, en masse, dans la matière ordinaire de l'Univers ?
- A. L'oxygène et le silicium
- B. L'hydrogène et l'hélium
- C. Le fer et le silicium
- D. L'azote et le néon
Réponse
B. L'hydrogène et l'hélium — La nucléosynthèse primordiale a produit surtout de l'hydrogène (environ trois quarts de la masse) et de l'hélium (environ un quart) ; les autres éléments ne font qu'environ 2 %.
Quels éléments représentent l'essentiel de la masse des êtres vivants ?
- A. C, H, O et N
- B. Fe, O, Si et Mg
- C. H, He, C et O
- D. O, Si, Al et Ca
Réponse
A. C, H, O et N — Carbone, hydrogène, oxygène et azote forment l'eau et les molécules organiques. Fe, O, Si, Mg caractérisent la Terre ; O, Si, Al, Ca sont des éléments abondants de la croûte terrestre.
Où la plupart des éléments chimiques jusqu'au fer ont-ils été produits ?
- A. Dans le noyau des planètes rocheuses
- B. Dans l'atmosphère primitive de la Terre
- C. Au cœur des étoiles, par fusion
- D. Lors de réactions chimiques dans l'espace
Réponse
C. Au cœur des étoiles, par fusion — Les éléments du carbone au fer sont fabriqués par fusion au cœur des étoiles. Une réaction chimique ne modifie jamais les noyaux, donc ne crée pas d'élément.
Deux noyaux légers qui s'unissent pour former un noyau plus lourd : c'est…
- A. une fission nucléaire
- B. une fusion nucléaire
- C. une désintégration α
- D. une réaction chimique
Réponse
B. une fusion nucléaire — C'est la définition de la fusion. La fission est la scission d'un noyau lourd en deux noyaux plus légers.
La demi-vie d'un noyau radioactif est…
- A. la durée au bout de laquelle un noyau donné se désintègre
- B. la moitié de la durée nécessaire pour que tous les noyaux disparaissent
- C. la durée pendant laquelle l'échantillon reste dangereux
- D. la durée pour que la moitié des noyaux initiaux se soit désintégrée
Réponse
D. la durée pour que la moitié des noyaux initiaux se soit désintégrée — La demi-vie concerne un échantillon macroscopique : c'est la durée au bout de laquelle la moitié des noyaux initialement présents s'est désintégrée. Elle ne dit rien d'un noyau isolé.
Quels éléments dominent, en masse, la composition de la Terre prise dans son ensemble ?
- A. Hydrogène et hélium
- B. Carbone, hydrogène, oxygène, azote
- C. Fer, oxygène, silicium, magnésium
- D. Oxygène, silicium, aluminium, sodium
Réponse
C. Fer, oxygène, silicium, magnésium — Le globe terrestre est surtout fait de fer (dans le noyau), d'oxygène, de silicium et de magnésium (dans le manteau). La dernière proposition rassemble des éléments abondants de la croûte seule, pas du globe entier.
L'instant où un noyau radioactif donné se désintègre est…
- A. aléatoire
- B. égal à la demi-vie
- C. fixé par la température
- D. prévisible par le calcul
Réponse
A. aléatoire — La désintégration d'un noyau individuel est un phénomène aléatoire : seul le comportement d'un grand nombre de noyaux suit une loi régulière.
Quels noyaux se sont formés lors de la nucléosynthèse primordiale, juste après le Big Bang ?
- A. Tous les éléments de la classification périodique
- B. Le carbone, l'azote et l'oxygène
- C. Le fer, le nickel et le cobalt
- D. L'hydrogène, l'hélium et un peu de lithium
Réponse
D. L'hydrogène, l'hélium et un peu de lithium — Dans les premières minutes, seuls les noyaux les plus légers ont pu se former : hydrogène, hélium et traces de lithium. Les autres viennent des étoiles.

Niveau moyen — 8 questions

Un échantillon contient $9, 6 \times 10^{8}$ noyaux de fluor 18 (demi-vie : 110 min). Combien en reste-t-il au bout de 330 min ?
- A. $3, 2 \times 10^{8}$
- B. $1, 2 \times 10^{8}$
- C. $2, 4 \times 10^{8}$
- D. $4, 8 \times 10^{7}$
Réponse
B. $1, 2 \times 10^{8}$ — $n = \frac{330}{110} = 3$ demi-vies, donc $N = \frac{9, 6 \times 10^{8}}{2^{3}} = 1, 2 \times 10^{8}$ . Diviser par 3 (première proposition) revient à croire la décroissance linéaire.
Quelle proportion des noyaux initiaux reste-t-il au bout de 5 demi-vies ?
- A. un cinquième, soit 20 %
- B. un dixième, soit 10 %
- C. aucun, tous ont disparu
- D. 1/32, soit environ 3 %
Réponse
D. 1/32, soit environ 3 % — $\frac{1}{2^{5}} = \frac{1}{32} \approx 0, 031$ , soit environ 3 % des noyaux initiaux.
Dans l'équation $_{2}^{3} H e +_{2}^{4} H e \to_{Z}^{A} X + γ$ , le noyau X est…
- A. $_{4}^{7} B e$
- B. $_{3}^{7} L i$
- C. $_{4}^{8} B e$
- D. $_{4}^{12} B e$
Réponse
A. $_{4}^{7} B e$ — Conservation des nucléons : $A = 3 + 4 = 7$ ; conservation de la charge : $Z = 2 + 2 = 4$ (béryllium). Le photon $γ$ ne porte ni nucléon ni charge.
Laquelle de ces réactions est une fission ?
- A. $_{1}^{2} H +_{1}^{2} H \to_{2}^{3} H e +_{0}^{1} n$
- B. $_{6}^{12} C +_{1}^{1} H \to_{7}^{13} N + γ$
- C. $_{92}^{235} U +_{0}^{1} n \to_{56}^{139} B a +_{36}^{94} K r + 3_{0}^{1} n$
- D. $_{2}^{4} H e +_{2}^{4} H e \to_{4}^{8} B e$
Réponse
C. $_{92}^{235} U +_{0}^{1} n \to_{56}^{139} B a +_{36}^{94} K r + 3_{0}^{1} n$ — Seule la troisième réaction scinde un noyau lourd (uranium 235) en deux noyaux plus légers. Les trois autres unissent deux noyaux légers : ce sont des fusions, même la première, qui libère un neutron.
Le polonium 210 a une demi-vie de 138 jours. Au bout de combien de temps ne reste-t-il que $\frac{1}{16}$ des noyaux initiaux ?
- A. 552 jours
- B. 2 208 jours
- C. 276 jours
- D. 34,5 jours
Réponse
A. 552 jours — $\frac{1}{16} = \frac{1}{2^{4}}$ : il faut 4 demi-vies, soit $4 \times 138 = 552$ jours. Multiplier par 16 ou diviser par 4 sont des erreurs de raisonnement.
Un os contient 35 % du carbone 14 qu'il contenait vivant (demi-vie : 5 730 ans). Son âge est…
- A. inférieur à 5 730 ans
- B. compris entre 5 730 et 11 460 ans
- C. compris entre 11 460 et 17 190 ans
- D. supérieur à 17 190 ans
Réponse
B. compris entre 5 730 et 11 460 ans — Après une demi-vie il reste 50 %, après deux 25 %. Comme 25 % < 35 % < 50 %, il s'est écoulé entre 1 et 2 demi-vies, soit entre 5 730 et 11 460 ans.
Sur une courbe de décroissance, $N$ passe de $6, 0 \times 10^{6}$ à $3, 0 \times 10^{6}$ entre $t = 4$ h et $t = 11$ h. La demi-vie vaut…
- A. 11 h
- B. 4 h
- C. 7 h
- D. 5,5 h
Réponse
C. 7 h — Le nombre de noyaux est divisé par deux en $11 - 4 = 7$ h. Cette durée est la demi-vie, quel que soit l'instant pris comme départ.
Dans un diagramme circulaire, quel angle attribuer à un élément qui représente 12 % du total ?
- A. 12°
- B. 120°
- C. 30°
- D. 43,2°
Réponse
D. 43,2° — Le disque entier (360°) représente 100 % : l'angle vaut $12 \times 3, 6 = 43, 2 °$ .

Niveau difficile — 8 questions

Au bout de deux demi-vies, un échantillon radioactif…
- A. ne contient plus aucun noyau radioactif
- B. a perdu le quart de ses noyaux initiaux
- C. contient encore le quart de ses noyaux initiaux
- D. contient encore la moitié de ses noyaux initiaux
Réponse
C. contient encore le quart de ses noyaux initiaux — Après une demi-vie il reste la moitié, après deux la moitié de la moitié : $\frac{1}{4}$ des noyaux restent et $\frac{3}{4}$ se sont désintégrés.
On double la masse d'un échantillon de cobalt 60. Sa demi-vie…
- A. reste la même
- B. double
- C. est divisée par deux
- D. dépend alors de sa température
Réponse
A. reste la même — La demi-vie est caractéristique du noyau : elle ne dépend ni de la quantité de matière ni de la température. Seul le nombre de désintégrations par seconde double.
Un noyau de carbone 14 existe depuis 5 730 ans. Sa probabilité de se désintégrer dans l'heure qui suit…
- A. est plus grande que pour un noyau tout juste formé
- B. est la même que pour un noyau tout juste formé
- C. vaut exactement 1/2, car une demi-vie s'est écoulée
- D. est nulle, car il a déjà « survécu » une demi-vie
Réponse
B. est la même que pour un noyau tout juste formé — Un noyau ne « vieillit » pas : sa probabilité de désintégration par unité de temps ne dépend pas de son âge. Comme pour les dés, le passé ne change rien au prochain tirage.
Dans le corps humain, l'hydrogène est l'élément le plus nombreux en atomes, mais pas le plus abondant en masse. Pourquoi ?
- A. L'atome d'hydrogène est le plus léger
- B. L'hydrogène est présent sous forme de gaz
- C. L'hydrogène est surtout stocké dans les os
- D. L'hydrogène est fabriqué par l'organisme
Réponse
A. L'atome d'hydrogène est le plus léger — Un atome d'hydrogène est 16 fois plus léger qu'un atome d'oxygène : beaucoup d'atomes d'hydrogène pèsent peu. D'où l'importance de préciser « en masse » ou « en nombre d'atomes ».
Pourquoi ne peut-on pas dater au carbone 14 une couche de sédiments riches en débris végétaux, vieille de 2 millions d'années ?
- A. Ces débris ne contiennent pas d'atomes de carbone
- B. La demi-vie du carbone 14 change au cours du temps
- C. Le carbone 14 cesse de se désintégrer sous terre
- D. Il ne reste plus de carbone 14 mesurable
Réponse
D. Il ne reste plus de carbone 14 mesurable — 2 millions d'années représentent environ 350 demi-vies : le carbone 14 a pratiquement disparu. La méthode ne dépasse pas environ 50 000 ans ; la demi-vie, elle, ne varie pas.
La réaction $_{1}^{2} H +_{1}^{3} H \to_{2}^{4} H e +_{0}^{1} n$ libère un neutron. Il s'agit…
- A. d'une fission, puisqu'un neutron est libéré comme dans les centrales
- B. d'une fusion, car deux noyaux légers en forment un plus lourd
- C. d'une désintégration spontanée d'un noyau instable
- D. d'une réaction chimique entre deux isotopes
Réponse
B. d'une fusion, car deux noyaux légers en forment un plus lourd — On juge d'après les noyaux : deux noyaux légers (deutérium et tritium) s'unissent en un noyau d'hélium plus lourd. Le neutron émis ne fait pas de la réaction une fission.
D'où provient principalement l'or, élément plus lourd que le fer ?
- A. De la fusion de l'hydrogène au cœur d'étoiles comme le Soleil
- B. De la nucléosynthèse primordiale, juste après le Big Bang
- C. De la désintégration radioactive de l'hydrogène
- D. D'explosions d'étoiles et de fusions d'étoiles à neutrons
Réponse
D. D'explosions d'étoiles et de fusions d'étoiles à neutrons — La fusion stellaire s'arrête au fer. L'or se forme surtout par captures rapides de neutrons lors d'événements violents : supernovæ, fusions d'étoiles à neutrons.
Il reste 2 % des noyaux radioactifs initiaux d'un échantillon. Le nombre de demi-vies écoulées est…
- A. exactement deux
- B. entre 4 et 5
- C. entre 5 et 6
- D. exactement cinquante
Réponse
C. entre 5 et 6 — Après 5 demi-vies il reste $\frac{1}{32} \approx 3, 1 %$ , après 6 il reste $\frac{1}{64} \approx 1, 6 %$ . Comme 2 % est entre les deux, il s'est écoulé entre 5 et 6 demi-vies.

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