Cuestionario: Complexes des métaux de transition — 37 preguntas

1. Quelle distinction permet de différencier un élément du bloc d d’un métal de transition ?

A. Un élément du bloc d possède toujours une sous-couche d incomplète, tandis qu’un métal de transition appartient nécessairement au groupe 12

B. Un élément du bloc d se trouve uniquement dans la quatrième période, tandis qu’un métal de transition peut appartenir à n’importe quelle période

C. Un élément du bloc d appartient aux groupes 3 à 12, tandis qu’un métal de transition forme au moins un ion stable à orbitales d incomplètes

D. Un élément du bloc d forme toujours un ion stable, tandis qu’un métal de transition possède une configuration d complètement remplie

Answer: (C)

Explicación

Les éléments du bloc d appartiennent aux groupes 3 à 12, mais un métal de transition doit former au moins un ion stable possédant des orbitales d incomplètes. Ainsi, le zinc et le scandium appartiennent au bloc d sans être des métaux de transition selon cette définition.

2. Pourquoi le cuivre est-il considéré comme un métal de transition selon la définition fondée sur ses ions ?

A. Parce que l’ion Cu+ possède nécessairement une configuration [Ar] 3d9

B. Parce que l’ion Cu2+ possède une configuration [Ar] 3d9 avec une sous-couche d incomplète

C. Parce que le cuivre appartient au groupe 12 et forme toujours des ions à sous-couche d incomplète

D. Parce que l’atome de cuivre neutre possède une configuration [Ar] 3d10 4s1 avec une sous-couche d incomplète

Answer: (B)

Explicación

L’ion Cu2+ a la configuration [Ar] 3d9, donc ses orbitales d sont incomplètes. Cela suffit à qualifier le cuivre de métal de transition, contrairement au zinc dont l’ion Zn2+ possède une sous-couche 3d10 complète.

3. Quelle évolution générale du rayon atomique observe-t-on de gauche à droite dans une période ?

A. Le rayon atomique reste constant parce que les électrons ajoutés occupent la même couche

B. Le rayon atomique diminue uniquement lorsque le nombre d’électrons de valence reste inchangé

C. Le rayon atomique diminue globalement parce que la charge nucléaire effective augmente

D. Le rayon atomique augmente globalement parce que le nombre d’électrons augmente

Answer: (C)

Explicación

De gauche à droite, la charge nucléaire effective augmente et attire plus fortement les électrons, ce qui entraîne une diminution globale du rayon atomique. Dans le bloc d, cette diminution peut toutefois présenter des irrégularités.

4. Quelle situation explique la contraction lanthanide ?

A. Les rayons atomiques diminuent après les lanthanides parce que les électrons 4f occupent une nouvelle couche externe

B. Les rayons atomiques augmentent après les lanthanides parce que les électrons 4f écrantent fortement la charge nucléaire

C. Les rayons atomiques diminuent après les lanthanides parce que les électrons 4f écrantent faiblement la charge nucléaire

D. Les rayons atomiques restent constants après les lanthanides parce que les électrons 4f compensent exactement la charge nucléaire

Answer: (C)

Explicación

La contraction lanthanide correspond à une diminution des rayons atomiques après les lanthanides. Elle résulte du faible effet écran des électrons 4f, qui permet à la charge nucléaire effective d’augmenter davantage.

5. Quelle caractéristique des degrés d’oxydation concerne généralement les métaux de transition situés entre les extrémités du bloc d ?

A. Ils possèdent toujours exactement huit degrés d’oxydation, quelle que soit leur position

B. Ils adoptent toujours un seul degré d’oxydation, égal au numéro de leur groupe

C. Ils ne peuvent adopter que des degrés d’oxydation négatifs dans les composés ioniques

D. Ils peuvent adopter plusieurs degrés d’oxydation, souvent deux courants et parfois jusqu’à huit

Answer: (D)

Explicación

Les métaux de transition situés entre la première et la dernière colonne du bloc d présentent généralement plusieurs degrés d’oxydation, souvent deux courants. Le ruthénium, le rhodium et l’osmium peuvent en présenter jusqu’à huit.

6. Pour un métal de transition situé dans la colonne 6, quel est le degré d’oxydation maximal attendu selon la règle des colonnes 3 à 7 ?

A. +12, car le bloc d comprend douze groupes

B. +8, car les métaux de transition peuvent atteindre huit degrés d’oxydation

C. +6, car tous les électrons de la dernière période peuvent être retirés

D. +3, car le degré d’oxydation maximal correspond à la moitié du numéro de colonne

Answer: (C)

Explicación

De la colonne 3 à la colonne 7, le degré d’oxydation maximal correspond au numéro de la colonne. Pour la colonne 6, le maximum attendu est donc +6, même si cet état n’est pas nécessairement le plus stable.

7. Que représente l’ordonnée d’un diagramme de Frost ?

A. La constante d’équilibre de la réaction rédox

B. Le potentiel standard E° du couple considéré

C. Le degré d’oxydation de l’espèce étudiée

D. La grandeur NE°, proportionnelle à l’enthalpie libre standard de formation

Answer: (D)

Explicación

L’ordonnée représente NE°, une grandeur proportionnelle à l’enthalpie libre standard de formation. Elle ne correspond donc pas directement au potentiel standard E°.

8. Quelle relation relie le potentiel standard E° d’une réaction rédox à son énergie libre standard et à sa constante d’équilibre ?

A. ΔG° = −RT log K = −NFE°

B. ΔG° = RT log K = NFE°

C. ΔG° = NFE° = −RT log K

D. ΔG° = −NFE° = RT log K

Answer: (A)

Explicación

La relation thermodynamique est ΔG° = −RT log K = −NFE°, avec F = 9,64 × 10^4 C·mol−1.

9. Sur un diagramme de Frost, comment identifie-t-on le degré d’oxydation le plus stable ?

A. Par le point le plus bas de la courbe

B. Par le point dont la pente est nulle

C. Par le point situé le plus à gauche

D. Par le point le plus haut de la courbe

Answer: (A)

Explicación

Le degré d’oxydation le plus stable correspond au point ayant l’ordonnée la plus basse. Le point le plus haut indique au contraire une énergie libre de formation relative plus élevée.

10. Que représente la pente de la droite reliant deux points d’un diagramme de Frost ?

A. L’enthalpie standard absolue de formation de l’espèce finale

B. La constante d’équilibre globale entre les deux espèces

C. La différence de leurs degrés d’oxydation

D. Le potentiel standard du couple entre les deux espèces

Answer: (D)

Explicación

La pente de la droite reliant deux espèces est égale au potentiel standard du couple formé par ces deux espèces.

11. Dans une réaction rédox entre deux couples, quelle règle permet d’identifier les espèces qui réagissent ?

A. L’espèce située au point le plus bas s’oxyde toujours avec l’espèce située au point le plus haut

B. L’oxydant du couple à pente la plus faible se réduit, tandis que le réducteur du couple à pente la plus positive s’oxyde

C. Les espèces ayant les degrés d’oxydation les plus élevés réagissent nécessairement ensemble

D. L’oxydant du couple à pente la plus positive se réduit, tandis que le réducteur du couple à pente la plus faible s’oxyde

Answer: (D)

Explicación

Il faut comparer les potentiels des deux couples, représentés par leurs pentes : l’oxydant associé à la pente la plus positive se réduit et le réducteur associé à la pente la plus faible s’oxyde.

12. Une espèce intermédiaire placée au-dessus de la droite reliant les deux espèces qui l’encadrent est-elle susceptible de subir quelle transformation ?

A. Une comproportionation

B. Une dismutation

C. Une réduction sans oxydation simultanée

D. Une oxydation sans réduction simultanée

Answer: (B)

Explicación

Une espèce située au-dessus de la droite correspondante est instable vis-à-vis de la dismutation, au cours de laquelle elle forme simultanément une espèce plus oxydée et une espèce plus réduite.

13. Que forme principalement le fer lorsqu’il réagit avec un acide non oxydant ?

A. Fe2+ et H2

B. Fe3+ et O2

C. Fe3+ et H2

D. Fe2+ et O2

Answer: (A)

Explicación

Avec un acide non oxydant, le fer forme principalement Fe2+ et du dihydrogène. Il ne produit pas directement Fe3+ dans ces conditions.

14. Pourquoi le TiO2 convient-il notamment comme pigment blanc, composant de crèmes solaires et opacifiant du papier ?

A. Grâce notamment au fort indice de réfraction du rutile, égal à 2,70 à 590 nm

B. Grâce à son caractère fortement réducteur et à sa transformation spontanée en TiCl4

C. Grâce à sa capacité à se dissoudre rapidement dans l’eau et à absorber toute la lumière visible

D. Grâce à sa faible densité électronique et à son indice de réfraction proche de celui de l’air

Answer: (A)

Explicación

Le TiO2 est utilisé dans ces applications notamment grâce à l’indice de réfraction élevé du rutile, égal à 2,70 à 590 nm, qui favorise la diffusion et l’opacification de la lumière.

15. Sous quelles formes les métaux de transition sont-ils largement employés en catalyse ?

A. Uniquement sous forme de complexes aqueux

B. Uniquement sous forme d’oxydes isolants

C. Sous forme de gaz nobles et de métaux alcalins

D. Sous forme métallique, de sels et d’alliages

Answer: (D)

Explicación

Les métaux de transition sont utilisés comme catalyseurs sous forme métallique, comme Pt et Pd dans les piles à combustible, ainsi que sous forme de sels et d’alliages dans le reformage pétrochimique et les pots catalytiques.

16. Qu’est-ce qui définit un complexe de coordination ?

A. Un ligand entouré de plusieurs centres métalliques sans liaison de coordination

B. Un centre métallique entouré de groupes donneurs d’électrons appelés ligands

C. Un assemblage de solvants liés entre eux par des interactions covalentes

D. Un métal isolé associé uniquement à des contre-ions externes

Answer: (B)

Explicación

Un complexe de coordination est constitué d’un centre métallique entouré de ligands, qui lui donnent des paires d’électrons. Selon les charges du métal et des ligands, le complexe peut être neutre, cationique ou anionique.

17. Dans le modèle acide-base de Lewis, comment s’interprète la formation d’une liaison de coordination entre un métal et un ligand ?

A. Le métal accepte une paire d’électrons du ligand

B. Le métal et le ligand échangent simultanément leurs noyaux

C. Le métal donne un proton au ligand

D. Le ligand accepte une paire d’électrons du métal

Answer: (A)

Explicación

Le métal joue le rôle d’acide de Lewis en acceptant une paire d’électrons, tandis que le ligand est la base de Lewis qui la donne. Cette formation ne nécessite pas un transfert de proton.

18. Quelle situation correspond à la première sphère de coordination d’un complexe ?

A. Du solvant extérieur non influencé par le métal

B. Des contre-ions totalement séparés du complexe

C. Des solvants orientés par le métal mais non liés directement

D. Des ligands directement liés au métal

Answer: (D)

Explicación

La première sphère regroupe les ligands directement liés au métal. Les solvants ou anions seulement orientés par le champ métallique appartiennent à la deuxième sphère.

19. Un complexe possède quatre ligands directement liés au métal et six molécules de solvant réparties dans ses première et deuxième sphères. Quels sont respectivement son nombre de coordination et son nombre de solvatation ?

A. 10 et 4

B. 6 et 10

C. 4 et 10

D. 4 et 6

Answer: (C)

Explicación

Le nombre de coordination compte les liaisons entre le métal et ses ligands directement liés, soit 4. Le nombre de solvatation compte les molécules des première et deuxième sphères, soit 10 dans la situation décrite.

20. Que mesure la denticité d’un ligand ?

A. Le nombre total d’atomes présents dans le ligand

B. Le nombre d’atomes donneurs liés au métal

C. Le nombre de charges portées par le ligand

D. Le nombre de centres métalliques présents dans le complexe

Answer: (B)

Explicación

La denticité indique combien d’atomes donneurs d’un ligand se lient au métal. Elle ne correspond pas au nombre total d’atomes du ligand.

21. Lors de l’écriture de la formule d’un complexe, quelle règle d’organisation s’applique ?

A. Les ligands sont toujours écrits par ordre alphabétique selon leur charge

B. Les ligands positifs sont écrits avant les ligands négatifs dans tous les cas

C. L’atome central est écrit après tous les ligands neutres et positifs

D. L’atome central est écrit en premier, puis les ligands sont classés négatifs, neutres et positifs

Answer: (D)

Explicación

Dans la formule, l’atome central apparaît en premier, puis les ligands sont classés selon leur charge : négatifs, neutres, puis positifs. L’ordre alphabétique concerne le nom, indépendamment de la charge des ligands.

22. Quelle appellation est correcte pour le ligand NH3 dans la nomenclature des complexes ?

A. Carbonyle

B. Aqua

C. Nitrosyle

D. Ammine

Answer: (D)

Explicación

NH3 se nomme ammine. Aqua désigne H2O, carbonyle désigne CO et nitrosyle désigne NO.

23. Quelle différence distingue les modèles covalent et ionique pour le décompte électronique ?

A. Le modèle covalent utilise des espèces neutres, tandis que le modèle ionique utilise le métal à son degré d’oxydation et les ligands ioniques

B. Le modèle covalent s’applique aux complexes neutres, tandis que le modèle ionique s’applique seulement aux complexes anioniques

C. Le modèle covalent donne toujours deux électrons par ligand, tandis que le modèle ionique en donne toujours un

D. Le modèle covalent utilise uniquement les charges des ligands, tandis que le modèle ionique les ignore

Answer: (A)

Explicación

Le modèle covalent considère le métal et les ligands sous forme neutre, alors que le modèle ionique tient compte du degré d’oxydation formel du métal et des charges ioniques des ligands. Correctement appliqués, les deux modèles donnent le même total électronique.

24. Un complexe porte une charge totale de −2 et possède deux ligands de charge −1 chacun. Quel est le degré d’oxydation formel du métal ?

A. +1

B. +2

C. 0

D. −4

Answer: (B)

Explicación

La relation est charge du complexe = degré d’oxydation du métal + somme des charges des ligands. Ainsi, −2 = degré d’oxydation + 2(−1), ce qui donne un degré d’oxydation de +2.

25. Quel est le degré d’oxydation du fer dans [Fe(CN)6]3− ?

A. 0

B. −3

C. +2

D. +3

Answer: (D)

Explicación

Chaque ligand CN− porte une charge −1. L’équation d.o.(Fe) + 6(−1) = −3 conduit donc à d.o.(Fe) = +3.

26. Dans le modèle covalent, combien d’électrons un ligand de type LX donne-t-il au métal ?

A. Un électron

B. Trois électrons

C. Six électrons

D. Deux électrons

Answer: (B)

Explicación

Dans le modèle covalent, un ligand L donne deux électrons, un ligand X en donne un et un ligand LX en donne trois.

27. Quelle géométrie est généralement associée à une coordinence de 6 ?

A. Une géométrie carrée plane

B. Une géométrie linéaire

C. Une géométrie tétraédrique

D. Une géométrie octaédrique

Answer: (D)

Explicación

La coordinence 6 conduit généralement à une géométrie octaédrique, même si une géométrie trigonale prismatique est parfois observée.

28. Pourquoi une coordinence de 4 ne suffit-elle pas à déterminer la géométrie d’un complexe ?

A. Elle peut correspondre à une géométrie tétraédrique ou carrée plane

B. Elle impose toujours une géométrie bipyramidale trigonale

C. Elle correspond uniquement à une géométrie octaédrique déformée

D. Elle empêche toute distinction entre isomérie et chiralité

Answer: (A)

Explicación

Une coordinence de 4 peut donner une géométrie tétraédrique ou carrée plane. La géométrie tétraédrique est fréquente pour d5 et d10, tandis que la géométrie carrée est favorisée par d8.

29. Quelle distinction caractérise l’isomérie structurale par rapport à la stéréoisomérie ?

A. La première modifie le nombre de ligands, tandis que la seconde modifie la charge du métal

B. La première concerne uniquement les complexes chiraux, tandis que la seconde concerne uniquement les complexes achiraux

C. La première modifie l’organisation spatiale, tandis que la seconde modifie la formule brute

D. La première conserve la formule brute mais modifie les liaisons, tandis que la seconde modifie l’organisation spatiale

Answer: (D)

Explicación

L’isomérie structurale conserve la formule brute mais change l’enchaînement ou le mode de liaison des atomes. La stéréoisomérie conserve ces enchaînements et modifie leur organisation spatiale.

30. Un complexe possède-t-il nécessairement une structure achirale dès qu’il présente un élément de symétrie ?

A. Non, car il faut notamment vérifier la présence d’un axe impropre de rotation

B. Oui, mais seulement si sa coordinence vaut 4

C. Non, car seuls les centres métalliques déterminent la chiralité

D. Oui, car tout élément de symétrie rend les images miroir superposables

Answer: (A)

Explicación

La présence d’un axe impropre de rotation, comprenant notamment un plan de symétrie S1 ou un centre d’inversion S2, rend le complexe achiral. Un complexe chiral n’est pas superposable à son image dans un miroir.

31. Que représente une constante successive Ki lors de la formation progressive d’un complexe ?

A. La différence d’énergie entre deux géométries du complexe

B. Une étape de substitution progressive d’un ligand autour du métal

C. La formation directe d’un complexe portant tous ses ligands

D. Le nombre maximal de ligands pouvant entourer le métal

Answer: (B)

Explicación

Une constante successive Ki décrit une étape individuelle de formation, par exemple le remplacement progressif de molécules d’eau par NH3 autour de Cu2+.

32. Quelle relation relie généralement la constante globale βn aux constantes successives de formation ?

A. βn = Kn − K1

B. βn = K1 + K2 + … + Kn

C. βn = K1 / Kn

D. βn = ∏i Ki

Answer: (D)

Explicación

La constante globale βn correspond au produit des constantes successives de toutes les étapes : βn = ∏i Ki. Elle n’est donc pas égale à une seule constante successive.

33. Que peut-on conclure d’une valeur élevée de βn pour un complexe donné ?

A. Le complexe présente une forte stabilité thermodynamique

B. Le complexe possède nécessairement une coordinence élevée

C. Les constantes successives sont toutes identiques

D. La formation du complexe est nécessairement très rapide

Answer: (A)

Explicación

Une grande valeur de βn indique que la formation globale du complexe est thermodynamiquement favorisée et que celui-ci est fortement stable.

34. Quelle caractéristique explique principalement l’effet chélate ?

A. Un ligand polydenté peut stabiliser le complexe, notamment en libérant davantage de molécules de solvant

B. Un ligand polydenté empêche toute réorganisation spatiale du complexe

C. Un ligand monodenté augmente toujours le nombre de sites métalliques disponibles

D. Un ligand chélatant diminue nécessairement l’entropie du système

Answer: (A)

Explicación

L’effet chélate est la stabilisation apportée par un ligand polydenté. Sa fixation peut libérer davantage de molécules de solvant, ce qui augmente l’entropie et favorise la stabilité thermodynamique.

35. Comment distinguer un recouvrement σ d’un recouvrement π dans une liaison métal-ligand ?

A. Le recouvrement σ implique un transfert du métal vers le ligand, tandis que le recouvrement π implique toujours le transfert inverse

B. Le recouvrement σ se fait uniquement entre orbitales π, tandis que le recouvrement π se fait uniquement entre orbitales s

C. Le recouvrement σ se fait de part et d’autre de l’axe, tandis que le recouvrement π se fait directement sur cet axe

D. Le recouvrement σ se fait sur l’axe métal-ligand, tandis que le recouvrement π se fait de part et d’autre de cet axe

Answer: (D)

Explicación

Dans un recouvrement σ, les orbitales se recouvrent le long de l’axe métal-ligand. Dans un recouvrement π, le recouvrement s’effectue de part et d’autre de cet axe.

36. Quelle description correspond à un ligand π-donneur ?

A. Il fournit au métal des électrons présents dans des orbitales π occupées

B. Il transfère uniquement des électrons par une liaison métallique directe

C. Il possède des orbitales π* vacantes qui reçoivent des électrons du métal

D. Il reçoit une paire d’électrons du métal par une orbitale σ* vacante

Answer: (A)

Explicación

Un ligand π-donneur fournit au métal des électrons provenant d’orbitales π occupées, comme le font les halogénures. À l’inverse, un ligand π-accepteur possède des orbitales π* vacantes.

37. Que décrit la rétrodonation dans un complexe contenant du CO ?

A. Le transfert d’électrons du ligand vers une orbitale σ* du métal

B. Le transfert d’électrons des orbitales π* du CO vers les orbitales du métal

C. Le transfert de protons du CO vers le métal

D. Le transfert d’électrons des orbitales du métal vers les orbitales π* vacantes du CO

Answer: (D)

Explicación

La rétrodonation correspond au transfert d’électrons du métal vers les orbitales π* vacantes du ligand. Dans CO, le ligand est également σ-donneur grâce à son doublet liant.