Ressources · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)

Transformation nucléaire : noyaux, isotopes et réactions

Isotopes, écriture symbolique d'une réaction nucléaire, lois de conservation, fission, fusion et applications (thème Constitution et transformations de la matière)

À propos de cette page

Ce QCM sur « Transformation nucléaire : noyaux, isotopes et réactions » en seconde teste tes connaissances en physique-chimie (2nde) de manière interactive. Les questions, classées par niveau (facile, moyen, difficile), respectent le programme officiel de seconde. Au programme : L'essentiel, Isotopes et écriture symbolique d'un noyau, Transformation physique, chimique ou nucléaire, Réactions nucléaires : fission, fusion, radioactivité. 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 physique-chimie (2nde) en seconde.

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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

Le noyau $_{29}^{65} C u$ 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 protons
- B. le même nombre de nucléons
- C. le même nombre de neutrons
- D. exactement la même masse
Réponse
A. 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 seul
- B. des éléments chimiques
- C. des molécules présentes
- D. des nucléons et de la charge
Réponse
D. des 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 $_{0}^{1} n$ 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, $H_{2} O (s) \to H_{2} O (l)$ , 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
- B. l'émission spontanée d'un électron
- C. la cassure d'un noyau lourd par un neutron
- D. un changement d'état de l'uranium
Réponse
C. la cassure d'un noyau lourd 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 une centrale nucléaire française, 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.

Niveau moyen — 8 questions

Dans $_{84}^{218} P o \to_{82}^{214} P b + X$ , la particule X est :
- A. un neutron
- B. un noyau d'hélium 4
- C. un électron
- D. un proton
Réponse
B. un noyau d'hélium 4 — $A = 218 - 214 = 4$ et $Z = 84 - 82 = 2$ : c'est un noyau d'hélium 4 (radioactivité α).
Dans $_{26}^{59} F e \to_{27}^{59} C o + X$ , 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 $_{- 1}^{0} e$ (radioactivité β⁻).
Dans $_{92}^{235} U +_{0}^{1} n \to_{52}^{A} T e +_{40}^{97} Z r + 2_{0}^{1} n$ , 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 $_{82}^{208} P b$ ?
- A. 82
- B. 208
- C. 126
- D. 290
Réponse
C. 126 — $N = A - Z = 208 - 82 = 126$ neutrons.
Quels noyaux sont isotopes ?
- A. $_{24}^{54} C r$ et $_{26}^{54} F e$
- B. $_{26}^{54} F e$ et $_{25}^{56} M n$
- C. $_{24}^{52} C r$ et $_{25}^{56} M n$
- D. $_{24}^{54} C r$ et $_{24}^{52} C r$
Réponse
D. $_{24}^{54} C r$ et $_{24}^{52} C r$ — 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 ( $1 M e V = 1, 60 \times 10^{- 13}$ J). En joules, cela fait :
- A. $8, 8 \times 10^{- 19}$ J
- B. $8, 8 \times 10^{- 13}$ J
- C. $3, 4 \times 10^{13}$ J
- D. $5, 5 \times 10^{- 13}$ J
Réponse
B. $8, 8 \times 10^{- 13}$ J — $5, 5 \times 1, 60 \times 10^{- 13} = 8, 8 \times 10^{- 13}$ J.
L'équation $_{1}^{2} H +_{1}^{2} H \to_{2}^{3} H e +_{0}^{1} n$ modélise :
- A. une fission
- B. une réaction chimique
- C. une fusion
- D. une radioactivité α
Réponse
C. une fusion — Deux noyaux légers de deutérium s'unissent en un noyau plus lourd d'hélium 3 : c'est une fusion.
Masse d'un noyau $_{79}^{197} A u$ (masse d'un nucléon : $1, 67 \times 10^{- 27}$ kg) :
- A. $3, 29 \times 10^{- 25}$ kg
- B. $1, 32 \times 10^{- 25}$ kg
- C. $3, 29 \times 10^{- 27}$ kg
- D. $1, 97 \times 10^{- 25}$ kg
Réponse
A. $3, 29 \times 10^{- 25}$ kg — $m = 197 \times 1, 67 \times 10^{- 27} = 3, 29 \times 10^{- 25}$ kg : on multiplie par $A$ (tous les nucléons), pas par $Z$ .

Niveau difficile — 8 questions

Laquelle de ces équations est correctement équilibrée ?
- A. $_{53}^{131} I \to_{54}^{131} X e +_{1}^{0} e$
- B. $_{90}^{232} T h \to_{88}^{228} R a +_{4}^{2} H e$
- C. $_{27}^{60} C o \to_{28}^{60} N i +_{1}^{0} e$
- D. $_{5}^{10} B +_{0}^{1} n \to_{3}^{7} L i +_{2}^{4} H e$
Réponse
D. $_{5}^{10} B +_{0}^{1} n \to_{3}^{7} L i +_{2}^{4} H e$ — Seule la réaction du bore conserve $A$ ( $11 = 11$ ) et $Z$ ( $5 = 5$ ). Pour l'iode, la charge vaut 53 contre 55 ; pour le cobalt, 27 contre 29 ; pour le thorium, $A$ 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 2 ou 3, 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 noyaux des atomes
- B. les molécules présentes
- C. les liaisons entre atomes
- D. les espèces chimiques
Réponse
A. 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. $10^{3}$ fois
- C. $10^{12}$ fois
- D. $10^{6}$ fois
Réponse
D. $10^{6}$ fois — Fission : de l'ordre de $10^{14}$ J/kg ; combustion : de l'ordre de $10^{7}$ à $10^{8}$ J/kg. Le rapport est de l'ordre du million.
Le technétium 99m, utilisé en scintigraphie, émet un photon : $_{43}^{99 m} T c \to_{43}^{99} T c + γ$ . Cette transformation :
- A. n'est pas nucléaire car l'élément est conservé
- B. est chimique car le symbole reste Tc
- C. est nucléaire : c'est le noyau qui émet le photon
- D. est un changement d'état du technétium
Réponse
C. est nucléaire : c'est le noyau qui émet le photon — Le photon γ est émis par le noyau, qui passe d'un état excité (noté m) à un état stable : c'est une transformation nucléaire, même si ni $A$ ni $Z$ ne changent.

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