QCM : Analyse physique des systèmes chimiques — 19 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle caractéristique décrit le mieux un gaz parfait ?

Ses entités sont immobiles et leurs volumes propres constituent la majeure partie du volume total.
Ses entités sont éloignées et leurs volumes propres sont négligeables devant le volume total.
Ses entités sont proches et leurs interactions déterminent fortement le volume total.
Ses entités sont chargées et leurs attractions électriques dominent le comportement du gaz.

Ses entités sont éloignées et leurs volumes propres sont négligeables devant le volume total.

Explication

Un gaz parfait est modélisé par des entités suffisamment éloignées pour que leurs interactions soient négligeables, avec un volume propre total très faible devant le volume occupé. Un gaz dont les particules interagissent fortement ne correspond pas à cette définition.

2. Quel est le principe d’un dosage par étalonnage ?

Mesurer directement la masse de soluté après évaporation complète de la solution
Faire réagir la solution inconnue avec un réactif jusqu’à observer un changement de couleur
Comparer une grandeur physique de la solution inconnue à celle de solutions étalons de concentrations connues
Déterminer la concentration en connaissant uniquement le volume initial de la solution

Comparer une grandeur physique de la solution inconnue à celle de solutions étalons de concentrations connues

Explication

Le dosage par étalonnage relie la grandeur physique mesurée pour la solution inconnue à celles de solutions étalons connues. Le changement de couleur décrit plutôt une approche fondée sur un indicateur, et les autres méthodes ne fournissent pas cette comparaison.

3. Quelle succession d’étapes réalise correctement un dosage par étalonnage ?

Préparer les étalons, mesurer, tracer la courbe, mesurer l’inconnue, puis déduire sa concentration
Mesurer l’inconnue, préparer un seul étalon, tracer la courbe, puis choisir une concentration voisine
Préparer les étalons, calculer leurs concentrations, mesurer l’inconnue, puis rincer sans exploiter les mesures
Tracer la courbe, mesurer l’inconnue, préparer les étalons, puis calculer leur concentration moyenne

Préparer les étalons, mesurer, tracer la courbe, mesurer l’inconnue, puis déduire sa concentration

Explication

La démarche comprend la préparation des étalons, les mesures correspondantes, le tracé du graphique, la mesure de l’inconnue et la lecture de sa concentration. Un seul étalon ou une courbe construite sans les mesures nécessaires ne permet pas cet étalonnage.

4. Quelle différence distingue la mesure du pH par un pH-mètre de celle réalisée avec du papier pH ?

Le pH-mètre donne une valeur à l’unité, tandis que le papier pH donne une estimation au centième près.
Le pH-mètre détermine la concentration, tandis que le papier pH mesure la température de la solution.
Le pH-mètre donne une valeur au centième, tandis que le papier pH donne une estimation à l’unité près.
Le pH-mètre utilise une couleur, tandis que le papier pH fournit une mesure électrique précise.

Le pH-mètre donne une valeur au centième, tandis que le papier pH donne une estimation à l’unité près.

Explication

Le pH-mètre mesure le pH avec une précision de l’ordre du centième d’unité, alors que le papier pH l’estime grâce à un changement de couleur, généralement à l’unité près. Le papier pH n’effectue donc pas une mesure électrique plus précise que le pH-mètre.

5. Pour une solution diluée de pH égal à 3,00, quelle est la concentration en ions oxonium ?

1,0×10−3 mol⋅L−11,0\times10^{-3}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}
3,0×10−1 mol⋅L−13,0\times10^{-1}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}
1,0×103 mol⋅L−11,0\times10^{3}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}
3,0×10−3 mol⋅L−13,0\times10^{-3}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}

$$1,0\times10^{-3}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}$$

Explication

La formule [H3O+]=c0×10−pH[\mathrm{H_3O^+}]=c^0\times10^{-\mathrm{pH}} donne ici 1,0×10−3 mol⋅L−11,0\times10^{-3}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}} puisque c0=1 mol⋅L−1c^0=1\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}. Multiplier directement le pH par 10−310^{-3} confond la valeur de l’exposant avec la concentration.

6. Quelle relation relie le pH d’une solution aqueuse à sa concentration en ions oxonium ?

pH=log⁡([H3O+]c0)\mathrm{pH}=\log\left(\frac{[\mathrm{H_3O^+}]}{c^0}\right), avec c0=1 mol⋅L−1c^0=1\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}
pH=−log⁡([H3O+]×c0)\mathrm{pH}=-\log\left([\mathrm{H_3O^+}]\times c^0\right), avec c0=1 mol⋅L−1c^0=1\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}
pH=[H3O+]c0\mathrm{pH}=\frac{[\mathrm{H_3O^+}]}{c^0}, avec c0=1 mol⋅L−1c^0=1\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}
pH=−log⁡([H3O+]c0)\mathrm{pH}=-\log\left(\frac{[\mathrm{H_3O^+}]}{c^0}\right), avec c0=1 mol⋅L−1c^0=1\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}

$$\mathrm{pH}=-\log\left(\frac{[\mathrm{H_3O^+}]}{c^0}\right)$$, avec $$c^0=1\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}$$

Explication

Le pH est défini par l’opposé du logarithme du rapport entre la concentration en ions oxonium et la concentration standard c0c^0. La relation avec un logarithme positif inverserait la variation du pH lorsque la concentration augmente.

7. Quelle expression permet de calculer la conductivité σ\sigma d’une solution selon la loi de Kohlrausch ?

σ=∏iλXi[Xi]\sigma=\prod_i\lambda_{X_i}[X_i]
σ=∑i[Xi]λXi\sigma=\sum_i\frac{[X_i]}{\lambda_{X_i}}
σ=∑iλXi+[Xi]\sigma=\sum_i\lambda_{X_i}+[X_i]
σ=∑iλXi[Xi]\sigma=\sum_i\lambda_{X_i}[X_i]

$$\sigma=\sum_i\lambda_{X_i}[X_i]$$

Explication

La loi de Kohlrausch additionne les produits de la conductivité molaire ionique de chaque ion par sa concentration. Une somme de rapports, de sommes simples ou de produits globaux ne correspond pas à cette relation.

8. Une cellule est traversée par un courant de 0,020 A0,020\ \mathrm{A} sous une tension de 5,0 V5,0\ \mathrm{V}. Quelle est sa conductance ?

4,0×10−3 S4,0\times10^{-3}\ \mathrm{S}
1,0×10−1 S1,0\times10^{-1}\ \mathrm{S}
2,5×102 S2,5\times10^{2}\ \mathrm{S}
5,0×10−2 S5,0\times10^{-2}\ \mathrm{S}

$$4,0\times10^{-3}\ \mathrm{S}$$

Explication

La relation G=I/UG=I/U donne G=0,020/5,0=4,0×10−3 SG=0,020/5,0=4,0\times10^{-3}\ \mathrm{S}. Le rapport inverse U/IU/I calcule la résistance et non la conductance.

9. Quelle distinction entre conductance et conductivité est correcte pour une cellule de conductimétrie ?

La conductance et la conductivité dépendent de la géométrie de la cellule selon la même relation.
La conductance dépend de la cellule et la conductivité caractérise la solution indépendamment de sa géométrie.
La conductance ne dépend que de la tension et la conductivité ne dépend que du courant mesuré.
La conductance caractérise la solution et la conductivité dépend de la forme de la cellule utilisée.

La conductance dépend de la cellule et la conductivité caractérise la solution indépendamment de sa géométrie.

Explication

La relation G=σS/lG=\sigma S/l montre que la conductance dépend de l’aire et de la distance entre les électrodes, tandis que la conductivité est une grandeur liée aux caractéristiques de la solution. Attribuer la dépendance géométrique à la conductivité inverse le rôle des deux grandeurs.

10. À quelle condition de concentration la loi de Beer-Lambert est-elle valable ?

Pour une concentration comprise entre 1,0×10−11{,}0\times10^{-1} et 1,0 mol⋅L−11{,}0\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}
Pour une concentration supérieure à 1,0×10−1 mol⋅L−11{,}0\times10^{-1}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}
Pour une concentration inférieure à 1,0×10−2 mol⋅L−11{,}0\times10^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}
Pour une concentration inférieure à 1,0×10−1 mol⋅L−11{,}0\times10^{-1}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}

Pour une concentration inférieure à $$1{,}0\times10^{-1}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}$$

Explication

La loi de Beer-Lambert est donnée comme valable pour des solutions dont la concentration est inférieure à 1,0×10−1 mol⋅L−11{,}0\times10^{-1}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}. Le seuil de 1,0×10−2 mol⋅L−11{,}0\times10^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}} appartient au domaine indiqué pour la loi de Kohlrausch, pas à celui-ci.

11. Quelle grandeur est représentée en fonction de la longueur d’onde dans un spectre UV-visible ?

Le nombre d’onde en inverse de la longueur d’onde
La transmittance en pourcentage
L’absorbance de l’espèce chimique
La conductance de la solution étudiée

L’absorbance de l’espèce chimique

Explication

Un spectre UV-visible représente l’absorbance en fonction de la longueur d’onde, exprimée en nanomètres. La transmittance en pourcentage est la grandeur habituellement représentée en spectroscopie infrarouge.

12. Dans quelle condition de concentration la loi de Kohlrausch est-elle applicable ?

Pour des concentrations inférieures à 1,0×10−2 mol⋅L−11{,}0\times10^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}
Pour des concentrations comprises entre 1,0×10−11{,}0\times10^{-1} et 1,0 mol⋅L−11{,}0\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}
Pour des concentrations proches de 1,0×10−1 mol⋅L−11{,}0\times10^{-1}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}
Pour des concentrations supérieures à 1,0×10−2 mol⋅L−11{,}0\times10^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}

Pour des concentrations inférieures à $$1{,}0\times10^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}$$

Explication

La loi de Kohlrausch s’applique lorsque la concentration est inférieure à 1,0×10−2 mol⋅L−11{,}0\times10^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}. Une concentration plus élevée sort du domaine de validité indiqué pour cette loi.

13. Quelle relation décrit l’absorbance d’une solution contenant un seul soluté absorbant ?

Aλ=ε+l+cA_\lambda=\varepsilon+l+c
Aλ=εcl2A_\lambda=\varepsilon\frac{c}{l^2}
Aλ=εlcA_\lambda=\varepsilon l c
Aλ=lεcA_\lambda=\frac{l}{\varepsilon c}

$$A_\lambda=\varepsilon l c$$

Explication

La loi de Beer-Lambert exprime l’absorbance comme le produit du coefficient d’extinction molaire, de l’épaisseur traversée et de la concentration. Les autres expressions ne traduisent pas cette dépendance multiplicative.

14. Quels paramètres peuvent modifier l’allure d’un spectre UV-visible et contribuer à l’identification d’une espèce chimique ?

L’espèce étudiée, sa concentration et le solvant utilisé
La température, la pression et la distance entre les électrodes
Le nombre d’onde, la résistance électrique et l’aire des électrodes
La masse molaire, le volume de la cuve et la conductance

L’espèce étudiée, sa concentration et le solvant utilisé

Explication

L’allure du spectre UV-visible dépend de l’espèce chimique, de sa concentration et du solvant, ce qui permet de comparer le spectre obtenu à des caractéristiques connues. Les paramètres électriques des électrodes concernent la conductimétrie et ne déterminent pas directement ce spectre.

15. Une cellule de conductimétrie possède une résistance de 200 Ω200\ \Omega. Quelle est sa conductance ?

200 S200\ \mathrm{S}
2,0×10−2 S2,0\times10^{-2}\ \mathrm{S}
5,0×10−3 S5,0\times10^{-3}\ \mathrm{S}
4,0×104 S4,0\times10^{4}\ \mathrm{S}

$$5,0\times10^{-3}\ \mathrm{S}$$

Explication

La conductance est l’inverse de la résistance, donc G=1/R=1/200=5,0×10−3 SG=1/R=1/200=5,0\times10^{-3}\ \mathrm{S}. La valeur 200 S200\ \mathrm{S} correspondrait à reprendre la résistance sans appliquer l’inversion.

16. Quelle équation permet de relier la pression, le volume, la quantité de matière et la température d’un gaz parfait ?

P+V=nRTP+V=nRT
PV=nRTPV=nRT
PV=nRTPV=\frac{n}{RT}
PT=nRVPT=nRV

$$PV=nRT$$

Explication

L’équation d’état d’un gaz parfait est PV=nRTPV=nRT, avec la pression en pascals, le volume en mètres cubes, la quantité de matière en moles et la température en kelvins. L’expression PV=nRTPV=\frac{n}{RT} inverse à tort le rôle de la constante et de la température.

17. Quelle grandeur un spectre infrarouge représente-t-il en fonction du nombre d’onde ?

La transmittance TT, exprimée en pourcentage
La conductivité, exprimée en siemens par mètre
L’absorbance, exprimée en nanomètres
La concentration, exprimée en moles par litre

La transmittance $$T$$, exprimée en pourcentage

Explication

Un spectre infrarouge représente la transmittance TT en pourcentage selon le nombre d’onde σ\sigma, exprimé en cm−1\mathrm{cm^{-1}}. L’absorbance en fonction de la longueur d’onde caractérise plutôt la représentation UV-visible.

18. Quelle succession d’étapes permet d’identifier une molécule par spectroscopie infrarouge ?

Repérer les longueurs d’onde, déterminer la conductance, puis calculer la résistance
Repérer les bandes, associer les groupes caractéristiques, puis les rechercher dans la formule
Mesurer la concentration, calculer le pH, puis comparer la couleur de la solution
Identifier le solvant, mesurer la température, puis déduire la masse de la molécule

Repérer les bandes, associer les groupes caractéristiques, puis les rechercher dans la formule

Explication

L’identification infrarouge repose sur le repérage des bandes d’absorption, leur association à des groupes caractéristiques et la recherche de ces groupes dans la formule moléculaire. Le calcul du pH ou de la conductance ne fournit pas cette identification structurale.

19. Deux gaz différents sont placés à la même température et à la même pression : comment leurs volumes molaires se comparent-ils ?

Ils sont égaux, car chaque gaz contient le même nombre total de particules.
Ils sont différents, car chaque gaz possède une masse molaire propre.
Ils sont égaux, car le volume molaire dépend de la température et de la pression.
Ils sont différents, car le volume molaire dépend de la nature chimique du gaz.

Ils sont égaux, car le volume molaire dépend de la température et de la pression.

Explication

Le volume molaire vérifie Vm=Vn=RTPV_m=\frac{V}{n}=\frac{RT}{P} ; à température et pression identiques, sa valeur est donc indépendante du gaz considéré. La masse molaire peut différer entre les gaz, mais elle n’intervient pas dans cette relation du volume molaire.

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Quelle relation lie le pH à la concentration en ions oxonium H3O+ ?

pH=−log⁡([H3O+]c0)\mathrm{pH}=-\log\left(\frac{[\mathrm{H_3O^+}]}{c^0}\right)

Comment calcule-t-on la concentration en ions oxonium dans une solution diluée ?

[H3O+]=c0×10−pH[\mathrm{H_3O^+}]=c^0\times10^{-\mathrm{pH}}

Pour quelles concentrations en ions oxonium les relations du pH sont-elles valables ?

Pour des concentrations inférieures à 1,0×10−11,0 \times 10^{-1} mol·L⁻¹.

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