Lycée · Terminale · Spécialité Physique-Chimie
Structure de la matière et interaction avec la lumière
Spectroscopie, modèle de l'atome et transitions électroniques — programme de Spécialité Physique-Chimie Terminale
À propos de cette page
Choisis ton niveau. Questions et réponses mélangées à chaque partie. Bonne chance !
Les 37 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
Qu'est-ce que l'état fondamental d'un atome ?
- A. L'état d'énergie maximale
- B. L'état d'énergie minimale
- C. L'état ionisé
- D. L'état excité le plus stable
Réponse
B. L'état d'énergie minimale — L'état fondamental est le niveau d'énergie le plus bas possible pour l'électron.
Un photon est émis lorsque l'électron…
- A. monte vers un niveau supérieur
- B. reste au même niveau
- C. descend vers un niveau inférieur
- D. quitte l'atome
Réponse
C. descend vers un niveau inférieur — La désexcitation (passage à un niveau inférieur) s'accompagne de l'émission d'un photon.
La constante de Planck vaut approximativement…
- A. 6,626 × 10⁻³⁴ J·s
- B. 6,626 × 10³⁴ J·s
- C. 9,11 × 10⁻³¹ kg
- D. 1,6 × 10⁻¹⁹ J
Réponse
A. 6,626 × 10⁻³⁴ J·s — h = 6,626 × 10⁻³⁴ J·s est la constante de Planck.
Un spectre d'émission se présente comme…
- A. Un fond coloré avec des raies sombres
- B. Un fond noir avec des raies colorées
- C. Une série de bandes continues
- D. Un arc-en-ciel complet
Réponse
B. Un fond noir avec des raies colorées — Le spectre d'émission est un fond sombre avec des raies brillantes colorées.
Quelle est la relation entre longueur d'onde et fréquence ?
- A. λ = ν/c
- B. c = λ·ν
- C. ν = c·λ
- D. λ = c²/ν
Réponse
B. c = λ·ν — La relation fondamentale est c = λ·ν, avec c la célérité de la lumière.
L'absorbance A est définie par…
- A. A = I₀/I
- B. A = I/I₀
- C. A = log(I₀/I)
- D. A = ln(I₀/I)
Réponse
C. A = log(I₀/I) — A = log₁₀(I₀/I) avec I₀ l'intensité incidente et I l'intensité transmise.
Quelle technique spectroscopique permet d'identifier les liaisons chimiques ?
- A. Spectroscopie UV-visible
- B. Spectroscopie infrarouge
- C. Spectrométrie de masse
- D. Spectroscopie RMN
Réponse
B. Spectroscopie infrarouge — La spectroscopie infrarouge (IR) sonde les vibrations des liaisons chimiques.
Un chromophore est…
- A. Un atome unique qui absorbe
- B. Un groupement d'atomes absorbant dans l'UV ou le visible
- C. Un solvant transparent
- D. Une molécule qui émet de la lumière
Réponse
B. Un groupement d'atomes absorbant dans l'UV ou le visible — Un chromophore est un groupement structural responsable de l'absorption de lumière UV/visible.
La couleur d'une solution est…
- A. La couleur qu'elle absorbe
- B. La couleur complémentaire de celle qu'elle absorbe
- C. La couleur de la lumière incidente
- D. Toujours rouge
Réponse
B. La couleur complémentaire de celle qu'elle absorbe — La couleur observée est la complémentaire de la couleur absorbée (transmise par la solution).
Dans l'atome d'hydrogène, E₁ = −13,6 eV. L'atome est ionisé quand…
- A. E = −13,6 eV
- B. E = 0 eV
- C. E = 13,6 eV
- D. E = −6,8 eV
Réponse
B. E = 0 eV — L'ionisation correspond à E = 0 : l'électron est libéré de l'atome.
Quel domaine spectral correspond à 500 nm ?
- A. UV
- B. Infrarouge
- C. Visible
- D. Micro-onde
Réponse
C. Visible — Le domaine visible s'étend de 400 à 800 nm environ. 500 nm est dans le visible (vert).
La raie rouge de l'hydrogène (Hα ≈ 656 nm) correspond à la transition…
- A. n=2 → n=1
- B. n=3 → n=2
- C. n=4 → n=3
- D. n=5 → n=3
Réponse
B. n=3 → n=2 — La série de Balmer (transitions vers n=2) donne les raies visibles. Hα : 3→2, λ ≈ 656 nm.
Niveau moyen — 12 questions
Un photon a une longueur d'onde de 600 nm. Son énergie vaut approximativement…
- A. 3,3 × 10⁻¹⁹ J
- B. 2,0 × 10⁻¹⁹ J
- C. 5,0 × 10⁻¹⁹ J
- D. 1,0 × 10⁻¹⁹ J
Réponse
A. 3,3 × 10⁻¹⁹ J — E = hc/λ = (6,626×10⁻³⁴ × 3×10⁸) / (600×10⁻⁹) ≈ 3,31×10⁻¹⁹ J.
La transition n=3 → n=1 émet-elle un photon de plus haute ou plus basse énergie que n=2 → n=1 ?
- A. Même énergie
- B. Plus basse énergie
- C. Plus haute énergie
- D. Impossible à dire
Réponse
C. Plus haute énergie — |ΔE(3→1)| = 13,6(1−1/9) = 12,1 eV > |ΔE(2→1)| = 13,6(1−1/4) = 10,2 eV.
La loi de Beer-Lambert donne A = ε·l·c. Si on double l et c, A est multiplié par…
- A. 2
- B. 4
- C. 8
- D. 1
Réponse
B. 4 — A est proportionnelle à l et à c séparément. Doubler l et c : A ×2 ×2 = ×4.
Pour une solution qui absorbe dans le violet (410 nm), quelle est sa couleur observée ?
- A. Violette
- B. Bleue
- C. Jaune-vert
- D. Rouge
Réponse
C. Jaune-vert — Le complémentaire du violet (410 nm) est le jaune-vert. La solution paraît jaune-verte.
En IR, la bande à 1715 cm⁻¹ est caractéristique de…
- A. N–H
- B. O–H
- C. C=O
- D. C–H
Réponse
C. C=O — La liaison C=O (carbonyle) absorbe entre 1650 et 1740 cm⁻¹.
Une solution a A = 0,5 pour c = 10⁻³ mol/L et l = 1 cm. Quel est ε (en L·mol⁻¹·cm⁻¹) ?
- A. 50
- B. 500
- C. 5000
- D. 50 000
Réponse
B. 500 — ε = A/(l·c) = 0,5 / (1 × 10⁻³) = 500 L·mol⁻¹·cm⁻¹.
La conjugaison de liaisons π dans une molécule provoque…
- A. Un déplacement de λmax vers les faibles longueurs d'onde
- B. Un déplacement de λmax vers les grandes longueurs d'onde
- C. Aucun effet sur λmax
- D. Une absorption dans l'IR
Réponse
B. Un déplacement de λmax vers les grandes longueurs d'onde — Plus la conjugaison est étendue, plus λmax est grande (bathochromisme) : absorption décalée vers le rouge.
En spectroscopie UV-visible, on trace A = f(c) pour…
- A. Identifier les groupes fonctionnels
- B. Calculer h
- C. Doser une espèce en solution
- D. Mesurer la constante ε
Réponse
C. Doser une espèce en solution — La courbe d'étalonnage A = f(c) permet de déterminer la concentration inconnue d'une solution.
Pour l'hydrogène, E₂ = −3,4 eV et E₁ = −13,6 eV. L'énergie du photon émis lors de la transition 2→1 vaut…
- A. −17 eV
- B. 17 eV
- C. 10,2 eV
- D. 3,4 eV
Réponse
C. 10,2 eV — |ΔE| = |E₂ − E₁| = |−3,4 − (−13,6)| = 10,2 eV. Energie positive car c'est une émission.
La bande IR large et forte autour de 3200–3550 cm⁻¹ indique la présence d'une liaison…
- A. C–H
- B. C=C
- C. O–H
- D. C≡N
Réponse
C. O–H — La liaison O–H (alcool ou acide) présente une bande large et intense entre 3200 et 3550 cm⁻¹.
La vitesse de la lumière dans le vide est c = 3,00 × 10⁸ m/s. Pour λ = 300 nm, ν vaut…
- A. 1,0 × 10¹⁵ Hz
- B. 1,0 × 10⁹ Hz
- C. 9,0 × 10¹⁶ Hz
- D. 3,0 × 10¹⁴ Hz
Réponse
A. 1,0 × 10¹⁵ Hz — ν = c/λ = 3×10⁸ / 300×10⁻⁹ = 1,0×10¹⁵ Hz.
Une solution diluée 5 fois a une absorbance de 0,12. L'absorbance de la solution initiale était…
- A. 0,024
- B. 0,60
- C. 0,12
- D. 2,4
Réponse
B. 0,60 — Beer-Lambert est linéaire : si c est multiplié par 5, A est multiplié par 5 → 0,12 × 5 = 0,60.
Niveau difficile — 13 questions
Dans la série de Lyman (transitions vers n=1 pour H), la première raie (n=2→1) a λ ≈ 122 nm. Cette raie est dans…
- A. Le visible
- B. L'UV
- C. L'IR
- D. Les micro-ondes
Réponse
B. L'UV — 122 nm < 400 nm : c'est dans l'ultraviolet (UV). Les raies de Lyman sont toutes dans l'UV.
Si ε double et l est divisé par 2, l'absorbance d'une même solution…
- A. Double
- B. Est divisée par 2
- C. Reste identique
- D. Quadruple
Réponse
C. Reste identique — A = ε·l·c. Si ε×2 et l/2, alors A = (2ε)·(l/2)·c = ε·l·c : A inchangée.
Deux molécules A et B ont respectivement λmax = 420 nm et λmax = 580 nm. Laquelle a le système π le plus conjugué ?
- A. A
- B. B
- C. Elles sont équivalentes
- D. Impossible de conclure
Réponse
B. B — Plus la conjugaison est étendue, plus λmax est déplacée vers les grandes longueurs d'onde (bathochromisme). B avec λmax = 580 nm est plus conjuguée.
Pour mesurer la concentration d'un mélange de deux espèces absorbant à la même longueur d'onde, la loi de Beer-Lambert…
- A. S'applique sans modification
- B. N'est pas applicable
- C. S'applique en additionnant les absorbances des deux espèces
- D. Doit être remplacée par la loi de Snell-Descartes
Réponse
C. S'applique en additionnant les absorbances des deux espèces — Beer-Lambert est additive : A_total = ε_A·l·c_A + ε_B·l·c_B si les deux espèces absorbent au même λ.
En spectroscopie IR, pourquoi une liaison C=O d'ester absorbe-t-elle à un nombre d'onde légèrement supérieur à celui d'une cétone ?
- A. L'ester a une masse molaire plus grande
- B. L'effet mésomère du groupement O renforce la liaison C=O de l'ester, augmentant sa fréquence de vibration
- C. L'ester est toujours plus polaire
- D. Il n'y a pas de différence
Réponse
B. L'effet mésomère du groupement O renforce la liaison C=O de l'ester, augmentant sa fréquence de vibration — L'oxygène adjacent à C=O dans l'ester stabilise partiellement la liaison C=O par mésomérie, augmentant sa constante de force et donc sa fréquence de vibration (nombre d'onde plus élevé que la cétone).
Pour l'hydrogène, quelle limite existe-t-il au nombre de raies dans la série de Balmer (n→2) ?
- A. Il n'y a que 3 raies
- B. La série compte 10 raies
- C. La série est infinie en théorie mais converge vers une limite série à λ ≈ 365 nm
- D. La série s'arrête à n=5
Réponse
C. La série est infinie en théorie mais converge vers une limite série à λ ≈ 365 nm — La série de Balmer comprend théoriquement une infinité de raies (n=3,4,5,…→2), mais elles convergent vers la limite de série (ionisation depuis n=2) à λ ≈ 365 nm.
Un photon de 2,0 eV est absorbé par un atome dont les niveaux sont à −5,0 eV, −3,0 eV et −1,0 eV. Depuis quel niveau est-il absorbé ?
- A. −5,0 eV
- B. −3,0 eV
- C. −1,0 eV
- D. Ce photon n'est pas absorbé
Réponse
B. −3,0 eV — ΔE = 2,0 eV. Seule la transition −3,0 → −1,0 donne ΔE = 2,0 eV. Le photon est absorbé depuis −3,0 eV.
Quel est le phénomène physique mis en jeu dans le LASER ?
- A. Émission spontanée uniquement
- B. Absorption stimulée
- C. Émission stimulée
- D. Diffraction
Réponse
C. Émission stimulée — Le LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) repose sur l'émission stimulée : un photon incident stimule un atome excité à émettre un photon identique (même direction, même phase).
L'absorbance d'une solution vaut 2,0. Quelle fraction de la lumière incidente est transmise ?
- A. 20 %
- B. 2 %
- C. 1 %
- D. 0,1 %
Réponse
C. 1 % — A = log(I₀/I) = 2 → I₀/I = 100 → I/I₀ = 1 % de transmittance.
Pourquoi une solution très concentrée peut-elle dévier de la loi de Beer-Lambert ?
- A. Les photons deviennent plus rapides
- B. Les interactions intermoléculaires modifient les propriétés d'absorption individuelles
- C. La cuve se dilate
- D. La température change h
Réponse
B. Les interactions intermoléculaires modifient les propriétés d'absorption individuelles — À forte concentration, les molécules de soluté interagissent entre elles et leurs coefficients d'absorption individuels changent, causant une déviation par rapport à la loi de Beer-Lambert.
La spectroscopie d'absorption est utilisée en astrophysique pour analyser la composition du Soleil. Quel spectre observe-t-on ?
- A. Un spectre continu sans raies
- B. Un spectre d'émission avec des raies brillantes
- C. Un spectre d'absorption avec des raies sombres (raies de Fraunhofer)
- D. Un spectre uniquement infrarouge
Réponse
C. Un spectre d'absorption avec des raies sombres (raies de Fraunhofer) — La lumière émise par le Soleil (fond continu) traverse son atmosphère : les atomes y absorbent des longueurs d'onde précises. On observe un spectre continu avec des raies sombres = raies de Fraunhofer.
La relation $E_n = -13{,}6/n^2$ eV est valable pour…
- A. Tout atome
- B. Tout ion
- C. L'atome d'hydrogène et les ions hydrogénoïdes (1 électron)
- D. Seulement l'hydrogène neutre
Réponse
C. L'atome d'hydrogène et les ions hydrogénoïdes (1 électron) — Cette relation s'applique aux systèmes hydrogénoïdes (1 seul électron) : H, He⁺, Li²⁺, etc. Pour Z > 1 : En = −13,6·Z²/n² eV.
Un filtre passe-bande centré à 500 nm est placé devant un spectrophotomètre analysant une solution qui absorbe à 500 nm et à 650 nm. Quelle absorbance mesure-t-on ?
- A. La somme des absorbances à 500 et 650 nm
- B. L'absorbance à 500 nm uniquement
- C. L'absorbance à 650 nm uniquement
- D. La moyenne des deux absorbances
Réponse
B. L'absorbance à 500 nm uniquement — Un filtre centré à 500 nm ne laisse passer que la lumière autour de 500 nm. On mesure donc uniquement l'absorbance à cette longueur d'onde.
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