Ressources · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
Transformations nucléaires
Les isotopes et l’écriture symbolique d’un noyau ; l’équation d’une réaction nucléaire et ses lois de conservation ; fission, fusion et désintégration ; reconnaître une transformation physique, chimique ou nucléaire ; l’énergie libérée dans le Soleil et dans une centrale nucléaire
À propos de cette page
Les 36 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 ★ — 12 questions
Le noyau ⁶⁵₂₉Cu contient :
- A. 65 protons et 29 neutrons
- B. 29 protons et 65 neutrons
- C. 29 protons et 36 neutrons
- D. 36 protons et 29 neutrons
Réponse
C. 29 protons et 36 neutrons — Z = 29 protons et N = 65 − 29 = 36 neutrons.
Deux noyaux isotopes ont :
- A. le même nombre de nucléons et de neutrons
- B. le même nombre de neutrons seulement
- C. exactement la même masse en kilogrammes
- D. le même nombre de protons
Réponse
D. le même nombre de protons — Des isotopes ont le même Z (même élément) et des nombres de neutrons différents, donc des A différents.
Au cours d’une réaction nucléaire, il y a conservation :
- A. du nombre de neutrons seulement
- B. des éléments chimiques présents
- C. des molécules présentes au départ
- D. du nombre de nucléons et de la charge
Réponse
D. du nombre de nucléons et de la charge — Une réaction nucléaire conserve le nombre de nucléons (somme des A) et la charge (somme des Z) ; les éléments, eux, peuvent changer.
La particule notée ¹₀n est :
- A. un proton
- B. un neutron
- C. un électron
- D. un positon
Réponse
B. un neutron — A = 1 et Z = 0 : un nucléon sans charge, c’est le neutron.
La fusion de la glace, H₂O(s) → H₂O(ℓ), est une transformation :
- A. physique
- B. chimique
- C. nucléaire
- D. radioactive
Réponse
A. physique — L’eau reste de l’eau : seul son état change. Le mot « fusion » désigne ici un changement d’état, pas une fusion nucléaire.
La fission nucléaire, c’est :
- A. l’union de deux noyaux légers en un noyau plus lourd
- B. l’émission spontanée d’un électron par un noyau
- C. la cassure d’un noyau lourd percuté par un neutron
- D. le passage de l’uranium de l’état solide à l’état liquide
Réponse
C. la cassure d’un noyau lourd percuté par un neutron — Fission : un noyau lourd, percuté par un neutron, se scinde en deux noyaux plus légers et libère des neutrons.
L’énergie rayonnée par le Soleil provient :
- A. de la combustion de l’hydrogène
- B. de la fusion de noyaux d’hydrogène
- C. de la fission de noyaux d’uranium
- D. de la condensation de ses gaz
Réponse
B. de la fusion de noyaux d’hydrogène — Le Soleil ne brûle pas : en son cœur, des noyaux d’hydrogène fusionnent pour former de l’hélium.
Dans un réacteur nucléaire français, l’énergie est libérée par :
- A. la combustion du charbon
- B. la fusion de l’hydrogène
- C. la vaporisation de l’eau
- D. la fission de l’uranium 235
Réponse
D. la fission de l’uranium 235 — Les réacteurs exploitent la fission de l’uranium 235 ; la vaporisation de l’eau n’est qu’une étape de la conversion de l’énergie thermique.
Le numéro atomique Z d’un noyau est son nombre de :
- A. nucléons
- B. neutrons
- C. protons
- D. particules chargées et neutres
Réponse
C. protons — Z est le nombre de protons ; il définit l’élément. A est le nombre de nucléons, A − Z le nombre de neutrons.
Le deutérium ²₁H et le tritium ³₁H sont :
- A. deux isotopes de l’hydrogène
- B. deux isotopes de l’hélium
- C. deux éléments chimiques différents
- D. deux molécules de dihydrogène
Réponse
A. deux isotopes de l’hydrogène — Même Z = 1 (hydrogène), A différents (2 et 3) : ce sont deux isotopes de l’hydrogène, qui ont 1 et 2 neutrons.
Dans une centrale nucléaire, l’énergie est convertie dans l’ordre :
- A. nucléaire → thermique → mécanique → électrique
- B. nucléaire → électrique → thermique → mécanique
- C. thermique → nucléaire → mécanique → électrique
- D. nucléaire → mécanique → thermique → électrique
Réponse
A. nucléaire → thermique → mécanique → électrique — Les fissions libèrent de l’énergie thermique, qui vaporise l’eau ; la vapeur fait tourner la turbine (mécanique), couplée à l’alternateur (électrique).
La particule notée ⁰₋₁e est :
- A. un positon
- B. un électron
- C. un neutron
- D. un photon γ
Réponse
B. un électron — A = 0 et Z = −1 : une particule sans nucléon, de charge −e : l’électron. Le positon a Z = +1.
Niveau moyen ★★ — 12 questions
Dans ²¹⁸₈₄Po → ²¹⁴₈₂Pb + X, la particule X est :
- A. un noyau de deutérium
- B. un noyau d’hélium 4
- C. un noyau d’hélium 3
- D. un noyau de tritium
Réponse
B. un noyau d’hélium 4 — A = 218 − 214 = 4 et Z = 84 − 82 = 2 : c’est un noyau d’hélium 4. Le deutérium (A = 2, Z = 1), l’hélium 3 (A = 3) et le tritium (A = 3, Z = 1) ne conservent pas les nucléons.
Dans ⁵⁹₂₆Fe → ⁵⁹₂₇Co + X, la particule X est :
- A. un proton
- B. un positon
- C. un neutron
- D. un électron
Réponse
D. un électron — A = 59 − 59 = 0 et Z = 26 − 27 = −1 : c’est un électron.
Dans ²³⁵₉₂U + ¹₀n → ᴬ₅₂Te + ⁹⁷₄₀Zr + 2 ¹₀n, le nombre A vaut :
- A. 137
- B. 139
- C. 135
- D. 138
Réponse
A. 137 — Nucléons : 235 + 1 = A + 97 + 2, donc A = 236 − 99 = 137.
Combien de neutrons contient le noyau ²⁰⁸₈₂Pb ?
- A. 82
- B. 208
- C. 126
- D. 290
Réponse
C. 126 — N = A − Z = 208 − 82 = 126 neutrons.
Quels noyaux sont isotopes ?
- A. ⁵⁴₂₄Cr et ⁵⁴₂₆Fe
- B. ⁵⁴₂₆Fe et ⁵⁶₂₅Mn
- C. ⁵²₂₄Cr et ⁵⁶₂₅Mn
- D. ⁵⁴₂₄Cr et ⁵²₂₄Cr
Réponse
D. ⁵⁴₂₄Cr et ⁵²₂₄Cr — Même Z = 24 (chrome) et A différents (54 et 52) : ce sont des isotopes. Les autres paires ont des Z différents.
Une désintégration libère 5,5 MeV (1 MeV = 1,60 × 10⁻¹³ J). En joules, cela fait :
- A. 8,8 × 10⁻¹⁹ J
- B. 8,8 × 10⁻¹³ J
- C. 3,4 × 10¹³ J
- D. 5,5 × 10⁻¹³ J
Réponse
B. 8,8 × 10⁻¹³ J — 5,5 × 1,60 × 10⁻¹³ = 8,8 × 10⁻¹³ J.
L’équation ¹₁H + ³₁H → ⁴₂He + γ modélise :
- A. une fission
- B. une réaction chimique
- C. une fusion
- D. une désintégration spontanée
Réponse
C. une fusion — Deux noyaux légers (hydrogène 1 et tritium) s’unissent en un noyau plus lourd d’hélium 4 : c’est une fusion.
Masse d’un noyau ¹⁹⁷₇₉Au (masse d’un nucléon : 1,67 × 10⁻²⁷ kg) :
- A. 3,29 × 10⁻²⁵ kg
- B. 1,32 × 10⁻²⁵ kg
- C. 3,29 × 10⁻²⁷ kg
- D. 1,97 × 10⁻²⁵ kg
Réponse
A. 3,29 × 10⁻²⁵ kg — m = 197 × 1,67 × 10⁻²⁷ = 3,29 × 10⁻²⁵ kg : on multiplie par A (tous les nucléons), pas par Z.
Un noyau X se transforme selon X → ¹³₆C + ⁰₁e. Le noyau X est :
- A. ¹³₇N
- B. ¹³₅B
- C. ¹⁴₆C
- D. ¹²₇N
Réponse
A. ¹³₇N — A = 13 + 0 = 13 et Z = 6 + 1 = 7 : c’est un noyau d’azote 13.
Une énergie de 1,6 × 10⁻¹² J, exprimée en MeV, vaut :
- A. 1,6 MeV
- B. 10 MeV
- C. 0,1 MeV
- D. 100 MeV
Réponse
B. 10 MeV — 1,6 × 10⁻¹² ÷ (1,60 × 10⁻¹³) = 10 : cela fait 10 MeV.
Nombre de noyaux dans 2,0 g d’hélium 4 (masse d’un nucléon : 1,67 × 10⁻²⁷ kg) :
- A. 1,2 × 10²⁴
- B. 3,0 × 10²⁶
- C. 7,5 × 10²²
- D. 3,0 × 10²³
Réponse
D. 3,0 × 10²³ — Masse d’un noyau : 4 × 1,67 × 10⁻²⁷ = 6,68 × 10⁻²⁷ kg ; N = 2,0 × 10⁻³ ÷ (6,68 × 10⁻²⁷) ≈ 3,0 × 10²³. Sans convertir les grammes, on trouverait 10³ fois trop.
Une réaction nucléaire est dite provoquée quand :
- A. un noyau instable se transforme seul
- B. un noyau change d’état physique
- C. un projectile vient frapper un noyau
- D. des molécules se réarrangent
Réponse
C. un projectile vient frapper un noyau — Une réaction provoquée exige un projectile (neutron, proton, noyau d’hélium 4…) ; un noyau qui se transforme seul subit une désintégration spontanée.
Niveau difficile ★★★ — 12 questions
Laquelle de ces équations est correctement équilibrée ?
- A. ¹³¹₅₃I → ¹³¹₅₄Xe + ⁰₁e
- B. ²³²₉₀Th → ²²⁸₈₈Ra + ⁴₂He
- C. ¹⁹⁸₇₉Au → ¹⁹⁸₈₀Hg + ⁰₁e
- D. ²²⁰₈₆Rn → ²¹⁶₈₄Po + ²₄He
Réponse
B. ²³²₉₀Th → ²²⁸₈₈Ra + ⁴₂He — Seule celle du thorium conserve A (232 = 228 + 4) et Z (90 = 88 + 2). Pour l’iode, la charge vaut 53 à gauche et 55 à droite ; pour l’or, 79 contre 81 ; pour le radon, A et Z de l’hélium sont inversés.
Un noyau X possède 7 protons et 8 neutrons ; un noyau Y possède 8 protons et 7 neutrons. Alors :
- A. X et Y sont isotopes car ils ont le même A
- B. X et Y sont des noyaux d’éléments différents
- C. X et Y sont des noyaux du même élément
- D. X et Y portent la même charge électrique
Réponse
B. X et Y sont des noyaux d’éléments différents — X a Z = 7 (azote) et Y a Z = 8 (oxygène) : deux éléments différents, même s’ils ont tous deux A = 15.
Un élève affirme : « Le dihydrogène qui brûle dans le dioxygène subit une fusion, puisqu’il se forme de l’eau, plus lourde. » Que dire ?
- A. Il a raison : les noyaux d’hydrogène fusionnent
- B. Il a raison : c’est la réaction qui alimente le Soleil
- C. Il a tort : c’est une transformation chimique
- D. Il a tort : c’est un simple changement d’état
Réponse
C. Il a tort : c’est une transformation chimique — Dans une combustion, les noyaux restent intacts : ce sont les atomes qui se réarrangent en nouvelles molécules. C’est une transformation chimique.
Pourquoi la fission de l’uranium 235 peut-elle donner une réaction en chaîne ?
- A. Elle libère plus de neutrons qu’elle n’en consomme
- B. Elle produit des noyaux plus lourds que l’uranium
- C. Elle libère des électrons qui cassent d’autres noyaux
- D. Elle ne se produit qu’à très haute température
Réponse
A. Elle libère plus de neutrons qu’elle n’en consomme — Chaque fission consomme un neutron et en libère plusieurs (2 ou 3 en général), qui peuvent provoquer à leur tour de nouvelles fissions.
Pourquoi la fusion nucléaire exige-t-elle une température de plusieurs millions de kelvins ?
- A. Pour faire fondre les noyaux d’hydrogène
- B. Pour vaincre la répulsion entre noyaux positifs
- C. Pour produire les neutrons qui la déclenchent
- D. Pour vaporiser l’hydrogène liquide de l’étoile
Réponse
B. Pour vaincre la répulsion entre noyaux positifs — Les noyaux, tous chargés positivement, se repoussent : il faut une agitation thermique énorme pour qu’ils se rapprochent assez pour fusionner.
Au cours d’une transformation chimique, ce qui n’est jamais modifié, ce sont :
- A. les molécules présentes
- B. les liaisons entre atomes
- C. les espèces chimiques
- D. les noyaux des atomes
Réponse
D. les noyaux des atomes — En chimie, les liaisons, les molécules et les espèces changent, mais les noyaux restent intacts : c’est pourquoi les éléments sont conservés.
À masse égale, la fission de l’uranium 235 libère environ combien de fois plus d’énergie que la combustion du pétrole ?
- A. 10 fois
- B. 10³ fois
- C. 10¹² fois
- D. 10⁶ fois
Réponse
D. 10⁶ fois — Fission : de l’ordre de 10¹⁴ J/kg ; combustion : quelques 10⁷ J/kg. Le rapport est de l’ordre du million.
Un noyau d’uranium 238 capture un neutron sans se casser : ²³⁸₉₂U + ¹₀n → X. Le noyau X est :
- A. le même noyau d’uranium 238
- B. un noyau de l’élément suivant, le neptunium
- C. un isotope de l’uranium : l’uranium 239
- D. un noyau de protactinium, de Z = 91
Réponse
C. un isotope de l’uranium : l’uranium 239 — A = 238 + 1 = 239 ; Z reste égal à 92, car le neutron n’a pas de charge. Même Z, A différent : X est l’uranium 239, un isotope de l’uranium.
Pourquoi deux isotopes ont-ils les mêmes propriétés chimiques ?
- A. Ils ont le même nombre de neutrons
- B. Ils ont exactement la même masse
- C. Leurs noyaux sont tous deux stables
- D. Leurs atomes ont le même nombre d’électrons
Réponse
D. Leurs atomes ont le même nombre d’électrons — Même Z, donc même nombre d’électrons dans l’atome : ce sont les électrons qui fixent le comportement chimique. Leurs neutrons, leur masse et leur stabilité diffèrent.
Dans un réacteur, les barres de contrôle servent à :
- A. absorber une partie des neutrons pour entretenir la réaction sans emballement
- B. fournir à chaque instant les neutrons qui déclenchent les fissions du cœur
- C. refroidir le cœur du réacteur en évaporant l’eau du circuit primaire
- D. transformer l’uranium 238 du combustible en uranium 235 fissile
Réponse
A. absorber une partie des neutrons pour entretenir la réaction sans emballement — Elles absorbent des neutrons pour qu’en moyenne chaque fission n’en provoque qu’une seule : la réaction est entretenue sans s’emballer.
La conservation de la charge électrique est respectée :
- A. seulement dans une équation nucléaire
- B. seulement dans une équation chimique
- C. dans les deux types d’équations
- D. dans aucun des deux types
Réponse
C. dans les deux types d’équations — Une équation chimique ajustée conserve les éléments et la charge (ions compris) ; une équation nucléaire conserve les nucléons et la charge. Les deux conservent donc la charge.
Un noyau de nombre de nucléons A et de numéro atomique Z émet un noyau d’hélium 4. Le noyau formé a :
- A. A − 4 nucléons et Z − 2 protons
- B. A − 2 nucléons et Z − 4 protons
- C. A nucléons et Z − 2 protons
- D. A − 4 nucléons et Z protons
Réponse
A. A − 4 nucléons et Z − 2 protons — Le noyau d’hélium 4 emporte 4 nucléons et 2 charges : par conservation, le noyau formé a A − 4 nucléons et Z − 2 protons. C’est un autre élément.
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