Quiz: Complexes et cristallochimie ionique — 36 domande

1. Selon la définition de l’IUPAC, quelle caractéristique permet d’identifier un élément de transition ?

A. La présence d’un nombre impair d’électrons dans la couche de valence

B. La présence d’une sous-couche d ou f incomplète à l’état fondamental ou dans un état d’oxydation

C. L’appartenance obligatoire aux éléments du bloc p de la classification périodique

D. La présence d’au moins une sous-couche s complètement remplie à l’état fondamental

Answer: (B)

Spiegazione

Un élément de transition possède une sous-couche d ou f incomplète à l’état fondamental ou dans l’un de ses états d’oxydation. Cette définition le distingue notamment des éléments du bloc principal.

2. Quelle combinaison de propriétés caractérise généralement les métaux de transition ?

A. Une grande fragilité, une faible conductivité et des températures d’ébullition basses

B. Une faible densité, une mauvaise conductivité thermique et une forte volatilité

C. Une faible dureté, une mauvaise conductivité et des températures de fusion basses

D. Une grande dureté, une bonne conductivité et des températures de fusion élevées

Answer: (D)

Spiegazione

Les métaux de transition sont généralement durs, bons conducteurs thermiques et électriques, et possèdent des températures de fusion et d’ébullition élevées.

3. À quelle portion de la classification périodique la série 3d correspond-elle ?

A. À la troisième période, du sodium à l’argon, avec un cœur électronique [Ne]

B. À la cinquième période, de l’yttrium au cadmium, avec un cœur électronique [Kr]

C. À la quatrième période, du calcium au cuivre, avec un cœur électronique [Ne]

D. À la quatrième période, du scandium au zinc, avec un cœur électronique [Ar]

Answer: (D)

Spiegazione

La série 3d appartient à la quatrième période et s’étend du scandium, de numéro atomique 21, au zinc, de numéro atomique 30. Ces éléments possèdent le cœur électronique [Ar].

4. Quelle est la configuration électronique fondamentale correcte du chrome ?

A. [Ar] 4s¹ 3d⁵

B. [Ar] 4s² 3d⁴

C. [Ar] 4s¹ 3d⁴

D. [Ar] 4s² 3d⁵

Answer: (A)

Spiegazione

Le chrome adopte la configuration [Ar] 4s¹ 3d⁵. La sous-couche 3d demi-remplie lui confère une stabilité particulière, contrairement à la configuration [Ar] 4s² 3d⁴.

5. Pourquoi le cuivre possède-t-il la configuration [Ar] 4s¹ 3d¹⁰ plutôt que [Ar] 4s² 3d⁹ ?

A. Parce qu’une sous-couche 4s complètement remplie est instable dans tous les atomes

B. Parce que les électrons 3d sont toujours retirés avant les électrons 4s

C. Parce qu’une sous-couche 3d complètement remplie est particulièrement stable

D. Parce que le cuivre ne peut pas contenir d’électron dans sa sous-couche 4s

Answer: (C)

Spiegazione

Le cuivre adopte [Ar] 4s¹ 3d¹⁰, car une sous-couche 3d complètement remplie est particulièrement stable. La configuration [Ar] 4s² 3d⁹ n’est donc pas la configuration fondamentale correcte.

6. Lors de l’ionisation d’un métal de transition de la série 3d, quels électrons sont retirés en premier ?

A. Les électrons 3d avant les électrons 4s

B. Les électrons 4s et 3d simultanément, sans ordre particulier

C. Les électrons du cœur [Ar] avant les électrons 4s

D. Les électrons 4s avant les électrons 3d

Answer: (D)

Spiegazione

Lors de l’ionisation des métaux de transition, les électrons 4s sont retirés avant les électrons 3d. Cette règle s’applique même si les électrons 4s ont été placés avant les électrons 3d lors du remplissage.

7. Quelle évolution décrit correctement le rayon atomique au sein de la série 3d, du scandium au zinc ?

A. Il reste constant à environ 125 pm sur toute la série

B. Il augmente régulièrement de 115 pm pour le scandium à 144 pm pour le zinc

C. Il diminue de 144 pm à 115 pm jusqu’au nickel, puis augmente légèrement jusqu’à 125 pm pour le zinc

D. Il diminue jusqu’au cuivre puis devient nul pour le zinc

Answer: (C)

Spiegazione

Le rayon atomique diminue globalement de 144 pm pour Sc à 115 pm pour Ni, puis augmente légèrement à 117 pm pour Cu et 125 pm pour Zn.

8. Quelles valeurs du nombre quantique secondaire et du nombre quantique magnétique caractérisent les orbitales d ?

A. l = 1, avec mₗ = −1, 0 et +1

B. l = 2, avec mₗ = −2, −1, 0, +1 et +2

C. l = 3, avec mₗ = −3, −2, −1, 0, +1, +2 et +3

D. l = 0, avec mₗ = 0 uniquement

Answer: (B)

Spiegazione

Une orbitale d correspond à l = 2 et possède cinq orientations associées aux valeurs de mₗ allant de −2 à +2.

9. Quelle distinction entre les groupes d’orbitales e_g et t_2g est correcte ?

A. Les orbitales e_g sont orientées sur les axes, tandis que les orbitales t_2g sont orientées entre les axes

B. Les orbitales e_g sont orientées entre les axes, tandis que les orbitales t_2g sont orientées sur les axes

C. Les orbitales e_g et t_2g sont toutes orientées entre les axes

D. Les orbitales e_g et t_2g sont toutes orientées sur les axes

Answer: (A)

Spiegazione

Le groupe e_g comprend d_x²-y² et d_z², orientées sur les axes. Le groupe t_2g comprend d_xy, d_yz et d_xz, orientées entre les axes.

10. Dans un complexe de coordination, quel rôle jouent respectivement le métal central et les ligands lors de la liaison ?

A. Le métal central et les ligands acceptent tous deux des doublets

B. Le métal central et les ligands partagent uniquement des électrons célibataires

C. Le métal central accepte des doublets et les ligands les donnent

D. Le métal central donne des doublets et les ligands les acceptent

Answer: (C)

Spiegazione

Le métal central est un acide de Lewis qui accepte les doublets électroniques, tandis que les ligands sont des bases de Lewis qui les fournissent.

11. Quelle propriété caractérise un ligand capable de se lier à un métal central ?

A. Il possède nécessairement une charge négative

B. Il contient obligatoirement un métal de transition

C. Il doit avoir au moins un électron célibataire

D. Il possède au moins un doublet électronique libre

Answer: (D)

Spiegazione

Un ligand est une base de Lewis possédant au moins un doublet électronique libre qu’il peut donner au métal central. Il peut être anionique ou neutre.

12. Dans quel ordre général les éléments d’un nom de complexe sont-ils indiqués selon la nomenclature IUPAC ?

A. Les ligands, puis le métal, puis le degré d’oxydation du métal

B. Le degré d’oxydation, puis le métal, puis les ligands

C. Les ligands, puis la charge globale, puis le métal

D. Le métal, puis les ligands, puis la charge globale

Answer: (A)

Spiegazione

Les ligands sont nommés avant le métal central, et le degré d’oxydation du métal est ensuite indiqué en chiffres romains entre parenthèses.

13. Quel suffixe prend le nom du métal dans un complexe anionique ?

A. -ide

B. -ium

C. -ate

D. -ique

Answer: (C)

Spiegazione

Dans un complexe anionique, le nom du métal reçoit le suffixe « -ate ». Le nom usuel du métal est conservé dans les complexes neutres ou cationiques.

14. Quel est le nom IUPAC de l’ion [Fe(CN)₆]³⁻ ?

A. Hexacyanoferrate(II)

B. Hexacyanoferrique(III)

C. Hexacyanoferrate(III)

D. Hexacyanofer(II)

Answer: (C)

Spiegazione

L’ion [Fe(CN)₆]³⁻ se nomme ion hexacyanoferrate(III) : le complexe est anionique, et le fer est à l’état d’oxydation +III.

15. Quelle distinction décrit correctement les comportements paramagnétique et diamagnétique ?

A. Un complexe diamagnétique possède des électrons célibataires et est attiré par un champ magnétique

B. Un complexe paramagnétique ne possède que des électrons appariés et est repoussé par un champ magnétique

C. Un complexe diamagnétique possède des électrons appariés et est fortement attiré par un champ magnétique

D. Un complexe paramagnétique possède des électrons célibataires et est attiré par un champ magnétique

Answer: (D)

Spiegazione

Le paramagnétisme est dû à la présence d’au moins un électron célibataire et entraîne une attraction par le champ magnétique. Un complexe diamagnétique ne possède que des électrons appariés et est faiblement repoussé.

16. Un complexe possède quatre électrons célibataires. Quelle valeur théorique de son moment magnétique de spin obtient-on avec la formule usuelle ?

A. 6,93 μ_B

B. 2,83 μ_B

C. 4,90 μ_B

D. 5,92 μ_B

Answer: (C)

Spiegazione

Pour n = 4, μ = √[4(4 + 2)] μ_B = √24 μ_B ≈ 4,90 μ_B. La valeur 5,92 μ_B correspond à cinq électrons célibataires.

17. Combien d’électrons célibataires possède un ion d⁵ à haut spin, et quel est son moment magnétique théorique ?

A. Un électron célibataire et 1,73 μ_B

B. Deux électrons célibataires et 2,83 μ_B

C. Cinq électrons célibataires et 5,92 μ_B

D. Cinq électrons célibataires et 4,90 μ_B

Answer: (C)

Spiegazione

Un ion d⁵ à haut spin possède cinq électrons célibataires. La formule μ = √[5(5 + 2)] μ_B donne un moment magnétique théorique d’environ 5,92 μ_B.

18. Quel modèle décrit l’interaction métal-ligand dans la théorie du champ cristallin proposée par Hans Bethe en 1929 ?

A. Une interaction fondée directement sur des liaisons covalentes localisées

B. Une interaction purement électrostatique avec des charges ponctuelles ou des dipôles

C. Une interaction exclusivement due au transfert d’électrons entre orbitales

D. Une interaction résultant uniquement de forces de dispersion

Answer: (B)

Spiegazione

La théorie du champ cristallin modélise le métal et les ligands comme une interaction électrostatique entre l’ion central et des charges ponctuelles ou des dipôles. Elle ne repose pas directement sur une description covalente des liaisons.

19. Dans un complexe octaédrique, pourquoi les orbitales e_g sont-elles plus déstabilisées que les orbitales t_2g ?

A. Elles sont orientées entre les ligands et subissent davantage d’attraction

B. Elles possèdent une énergie intrinsèque plus faible avant interaction

C. Elles sont orientées directement vers les ligands situés sur les axes

D. Elles provoquent une hybridation covalente plus importante avec les ligands

Answer: (C)

Spiegazione

Les orbitales e_g pointent vers les ligands placés sur les axes, ce qui entraîne une répulsion électrostatique directe et forte. Les orbitales t_2g sont orientées entre les ligands et subissent une répulsion moindre.

20. Dans un champ octaédrique, quelles sont les énergies des niveaux e_g et t_2g par rapport au barycentre ?

A. e_g = +3/5 Δ_o et t_2g = −2/5 Δ_o

B. e_g = +Δ_o et t_2g = −Δ_o

C. e_g = +2/5 Δ_o et t_2g = −3/5 Δ_o

D. e_g = −3/5 Δ_o et t_2g = +2/5 Δ_o

Answer: (A)

Spiegazione

Le dédoublement octaédrique est défini par Δ_o = E(e_g) − E(t_2g). Par rapport au barycentre, e_g se situe à +3/5 Δ_o et t_2g à −2/5 Δ_o.

21. Quelle répartition électronique correspond à un complexe octaédrique à spin faible lorsque Δ_o est supérieur à P ?

A. Les électrons restent tous célibataires dans les deux niveaux

B. Les électrons s’apparient d’abord dans e_g, puis remplissent t_2g

C. Les électrons occupent e_g selon la règle de Hund avant de s’apparier

D. Les électrons s’apparient dans t_2g avant d’occuper e_g

Answer: (D)

Spiegazione

Lorsque Δ_o > P, il est énergétiquement préférable d’apparier les électrons dans t_2g plutôt que de les placer dans e_g. Le complexe est alors à spin faible.

22. Quelle propriété magnétique est attendue pour le complexe [CoF₆]³⁻ ?

A. Un comportement paramagnétique dû à quatre électrons célibataires

B. Un comportement diamagnétique dû à quatre électrons appariés dans e_g

C. Un comportement paramagnétique dû à deux électrons célibataires

D. Un comportement diamagnétique dû à l’absence d’électrons célibataires

Answer: (A)

Spiegazione

Dans [CoF₆]³⁻, Co³⁺ est d⁶ et F⁻ est un ligand faible. La configuration t_2g⁴e_g² comporte quatre électrons célibataires, ce qui rend le complexe paramagnétique.

23. Pourquoi [Co(NH₃)₆]³⁺ est-il diamagnétique ?

A. Co³⁺ possède une configuration d⁰ dans ce complexe

B. NH₃ est un ligand fort et la configuration est t_2g⁶e_g⁰

C. NH₃ est un ligand faible et la configuration est t_2g⁴e_g²

D. Les électrons occupent e_g sans aucun appariement

Answer: (B)

Spiegazione

Dans [Co(NH₃)₆]³⁺, NH₃ est un ligand fort et Co³⁺ est d⁶. Les électrons adoptent la configuration t_2g⁶e_g⁰, sans électron célibataire, d’où le diamagnétisme.

24. Quelle expression donne l’énergie de stabilisation du champ cristallin pour m électrons dans t_2g et n électrons dans e_g, avec une contribution d’appariement kP ?

A. E_s = ((3n − 2m)/5)Δ_o + kP

B. E_s = ((2m − 3n)/5)Δ_o − kP

C. E_s = ((3m − 2n)/5)Δ_o + kP

D. E_s = (m + n)Δ_o + kP

Answer: (A)

Spiegazione

L’expression générale est E_s = ((3n − 2m)/5)Δ_o + kP. Elle combine les contributions énergétiques des électrons dans e_g et t_2g ainsi que l’énergie d’appariement.

25. Comment détermine-t-on usuellement Δ_o expérimentalement ?

A. Par spectroscopie UV-Visible à partir de la longueur d’onde d’absorption maximale

B. Par mesure directe de la masse molaire du complexe

C. Par titrage acido-basique de la solution du complexe

D. Par diffraction des rayons X à partir de la distance métal-ligand

Answer: (A)

Spiegazione

Δ_o est déterminé par spectroscopie UV-Visible en exploitant la longueur d’onde correspondant à l’absorption maximale. Il est généralement exprimé en cm⁻¹, unité de nombre d’onde.

26. Quelle valeur correspond à la conversion de 1 cm⁻¹ en énergie molaire ?

A. 0,01197 J·mol⁻¹

B. 1,24 × 10⁻² eV·mol⁻¹

C. 1197 kJ·mol⁻¹

D. 11,97 J·mol⁻¹

Answer: (D)

Spiegazione

La conversion donnée est 1 cm⁻¹ = 11,97 J·mol⁻¹, soit également 0,01197 kJ·mol⁻¹ et 1,24 × 10⁻⁴ eV. Les autres valeurs ne correspondent pas à cette conversion.

27. Lequel de ces ligands produit le champ le plus fort selon la série spectrochimique fournie ?

A. I⁻

B. CO

C. Cl⁻

D. H₂O

Answer: (B)

Spiegazione

Dans la série spectrochimique, CO se trouve à l’extrémité du champ croissant, après CN⁻. I⁻, Cl⁻ et H₂O produisent des champs plus faibles.

28. Quelle combinaison décrit correctement la structure cristalline de NaCl ?

A. Réseau CFC d’anions, tous les sites tétraédriques occupés, coordinence 4:8 et Z = 4

B. Réseau CFC d’anions, moitié des sites tétraédriques occupés, coordinence 4:4 et Z = 4

C. Réseau CFC d’anions, sites octaédriques occupés, coordinence 6:6 et Z = 4

D. Réseau cubique simple d’anions, cation central, coordinence 8:8 et Z = 1

Answer: (C)

Spiegazione

Dans NaCl, les anions forment un réseau CFC et les cations occupent tous les sites octaédriques. La structure possède une coordinence 6:6 et quatre unités formulaires par maille.

29. Quelle caractéristique distingue principalement la structure CsCl de la structure NaCl ?

A. CsCl utilise des sites tétraédriques et NaCl utilise des sites octaédriques

B. CsCl possède une coordinence 8:8 et Z = 1, tandis que NaCl possède une coordinence 6:6 et Z = 4

C. CsCl possède une coordinence 6:6 et Z = 4, tandis que NaCl possède une coordinence 8:8 et Z = 1

D. CsCl possède une coordinence 4:4 et Z = 4, tandis que NaCl possède une coordinence 4:8 et Z = 4

Answer: (B)

Spiegazione

CsCl comporte un cation au centre d’un réseau cubique simple d’anions, ce qui donne une coordinence 8:8 et Z = 1. NaCl présente au contraire une coordinence 6:6 et Z = 4.

30. Dans quelle structure les cations occupent-ils la moitié des sites tétraédriques d’un réseau CFC d’anions ?

A. Dans la blende ZnS

B. Dans la structure CsCl

C. Dans la structure NaCl

D. Dans la structure anti-fluorine Na₂O

Answer: (A)

Spiegazione

La blende ZnS est constituée d’un réseau CFC d’anions, dont la moitié des sites tétraédriques est occupée par les cations. Sa coordinence est 4:4 et Z = 4.

31. Quelle description correspond à la structure anti-fluorine Na₂O ?

A. Les Na⁺ forment un réseau CFC et les O²⁻ occupent tous les sites octaédriques

B. Les anions O²⁻ forment un réseau cubique simple et les Na⁺ occupent les centres des cubes

C. Les anions O²⁻ forment un réseau CFC et les Na⁺ occupent la moitié des sites tétraédriques

D. Les anions O²⁻ forment un réseau CFC et les Na⁺ occupent tous les sites tétraédriques

Answer: (D)

Spiegazione

Dans Na₂O, les ions O²⁻ forment le réseau CFC et les ions Na⁺ occupent tous les sites tétraédriques. Cette organisation conduit à une coordinence 4:8 et à Z = 4.

32. Quelle expression permet de calculer la masse volumique d’une maille cristalline ionique ?

A. ρ = ZN_Aa³/M

B. ρ = ZM/(N_Aa³)

C. ρ = N_Aa³/(ZM)

D. ρ = Ma³/(ZN_A)

Answer: (B)

Spiegazione

La masse volumique est obtenue en divisant la masse de Z unités formulaires, ZM/N_A, par le volume de la maille a³. On obtient donc ρ = ZM/(N_Aa³).

33. Quelle relation décrit le contact ionique dans une maille de type CsCl ?

A. a/√3 = 2(r⁺ + r⁻)

B. a√3 = 2(r⁺ + r⁻)

C. a = 2(r⁺ + r⁻)

D. a√2 = 2(r⁺ + r⁻)

Answer: (B)

Spiegazione

Dans CsCl, les ions en contact sont alignés selon la grande diagonale du cube, de longueur a√3. Cette diagonale correspond à deux rayons ioniques, d’où a√3 = 2(r⁺ + r⁻).

34. Dans le complexe octaédrique [Ti(H₂O)₆]³⁺, quelle transition correspond à l’absorption d-d ?

A. La promotion d’un électron de l’orbitale s vers t₂g

B. La promotion d’un électron de e_g vers t₂g

C. La promotion d’un électron de t₂g vers e_g

D. La promotion d’un électron de t₂g vers une orbitale totalement remplie

Answer: (C)

Spiegazione

Ti³⁺ possède une configuration d¹. Son électron occupe initialement une orbitale t₂g et l’absorption d-d le promeut vers le niveau e_g.

35. Une absorption maximale à 20 000 cm⁻¹ pour [Ti(H₂O)₆]³⁺ correspond à quelle longueur d’onde ?

A. 50 nm

B. 500 nm

C. 20 000 nm

D. 200 nm

Answer: (B)

Spiegazione

Le nombre d’onde de 20 000 cm⁻¹ correspond à une longueur d’onde de 500 nm. Le nombre d’onde et la longueur d’onde sont deux façons différentes d’exprimer la position du maximum d’absorption.

36. Quelle valeur de l’énergie de dédoublement correspond à 20 000 cm⁻¹ dans [Ti(H₂O)₆]³⁺ ?

A. 239,4 kJ·mol⁻¹

B. 49,8 kJ·mol⁻¹

C. 20,0 kJ·mol⁻¹

D. 4160 kJ·mol⁻¹

Answer: (A)

Spiegazione

Pour [Ti(H₂O)₆]³⁺, l’énergie de dédoublement octaédrique vaut Δₒ = 20 000 cm⁻¹, soit 239,4 kJ·mol⁻¹. Les autres valeurs correspondent à d’autres grandeurs ou à une conversion incorrecte.