QCM : Analyses physico-chimiques quantitatives (18 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Que caractérise l’absorbance AλA_\lambda d’une solution ?

Sa capacité à absorber une radiation de longueur d’onde donnée
La largeur de la cuve utilisée pour analyser la solution
La vitesse de propagation de la radiation dans la cuve
La concentration du solvant dans la solution étudiée

Sa capacité à absorber une radiation de longueur d’onde donnée

Explication

L’absorbance décrit la capacité d’une solution à absorber une radiation à une longueur d’onde donnée et elle est sans unité. La largeur de la cuve intervient dans la loi de Beer-Lambert, mais elle ne définit pas l’absorbance.

2. Quelle relation permet de calculer l’absorbance d’une solution dans le cadre de la loi de Beer-Lambert ?

Aλ=ελ×l×CA_\lambda = \varepsilon_\lambda \times l \times C
Aλ=lελ×CA_\lambda = \frac{l}{\varepsilon_\lambda \times C}
Aλ=ελ+l+CA_\lambda = \varepsilon_\lambda + l + C
Aλ=ελ×ClA_\lambda = \frac{\varepsilon_\lambda \times C}{l}

$$A_\lambda = \varepsilon_\lambda \times l \times C$$

Explication

La loi de Beer-Lambert relie l’absorbance au coefficient d’extinction molaire, à la largeur de la cuve et à la concentration par une multiplication. Une division ou une addition ne respecte pas cette relation physique.

3. Dans quelle situation l’application de la loi de Beer-Lambert est-elle la plus appropriée ?

Une solution limpide et peu concentrée, avec une absorbance inférieure à 2
Une solution limpide très concentrée, analysée à une longueur d’onde quelconque
Une solution trouble peu concentrée, analysée sans choisir de longueur d’onde
Une solution trouble et concentrée, avec une absorbance supérieure à 2

Une solution limpide et peu concentrée, avec une absorbance inférieure à 2

Explication

La loi est adaptée aux solutions limpides et peu concentrées, lorsque l’absorbance reste inférieure à 2, de préférence à λmax⁡\lambda_{\max}. Une solution trouble ou trop absorbante ne respecte pas les conditions recommandées.

4. Comment se déplacent les ions dans une solution conductrice soumise à un courant électrique ?

Les cations et les anions suivent tous deux le sens conventionnel du courant
Les cations et les anions restent immobiles tandis que les électrons transportent le courant
Les cations suivent le sens conventionnel du courant et les anions se déplacent en sens inverse
Les cations se déplacent en sens inverse du courant et les anions suivent son sens conventionnel

Les cations suivent le sens conventionnel du courant et les anions se déplacent en sens inverse

Explication

La conduction résulte du déplacement opposé des deux familles d’ions : les cations suivent le sens conventionnel du courant et les anions le sens inverse. Les électrons ne constituent pas les porteurs mobiles principaux dans la solution ionique.

5. Une portion de solution présente une résistance de 5,0 Ω5,0\ \Omega et est parcourue par un courant de 0,20 A0,20\ \mathrm{A}. Quelle est sa conductance ?

1,0 S1,0\ \mathrm{S}
25 S25\ \mathrm{S}
5,0 S5,0\ \mathrm{S}
0,20 S0,20\ \mathrm{S}

$$0,20\ \mathrm{S}$$

Explication

La conductance est l’inverse de la résistance : G=1/R=1/5,0=0,20 SG=1/R=1/5,0=0,20\ \mathrm{S}. La valeur 5,0 S5,0\ \mathrm{S} correspondrait à la résistance numérique, sans appliquer l’inversion.

6. Une cellule possède une constante kcell=LSk_{cell}=\frac{L}{S} et mesure une conductance GG. Quelle expression donne la conductivité de la solution ?

σ=G×SL\sigma = G \times \frac{S}{L}
σ=G+kcell\sigma = G + k_{cell}
σ=kcellG\sigma = \frac{k_{cell}}{G}
σ=G×kcell=G×LS\sigma = G \times k_{cell} = G \times \frac{L}{S}

$$\sigma = G \times k_{cell} = G \times \frac{L}{S}$$

Explication

La conductivité s’obtient en multipliant la conductance par la constante de cellule : σ=G×L/S=G×kcell\sigma=G\times L/S=G\times k_{cell}. Le rapport S/LS/L intervient dans l’expression de GG à partir de σ\sigma, et non dans celle de la conductivité à partir de GG.

7. Quelles unités doivent être utilisées dans la loi de Kohlrausch σ=∑iλi×[Xi]\sigma=\sum_i\lambda_i\times[X_i] ?

σ\sigma en S m−1\mathrm{S\,m^{-1}}, λi\lambda_i en S m2 mol−1\mathrm{S\,m^2\,mol^{-1}} et [Xi][X_i] en mol m−3\mathrm{mol\,m^{-3}}
σ\sigma en mol m−3\mathrm{mol\,m^{-3}}, λi\lambda_i en S m2 mol−1\mathrm{S\,m^2\,mol^{-1}} et [Xi][X_i] en S m−1\mathrm{S\,m^{-1}}
σ\sigma en S m2 mol−1\mathrm{S\,m^2\,mol^{-1}}, λi\lambda_i en S m−1\mathrm{S\,m^{-1}} et [Xi][X_i] en mol m−3\mathrm{mol\,m^{-3}}
σ\sigma en S m−1\mathrm{S\,m^{-1}}, λi\lambda_i en S m−1\mathrm{S\,m^{-1}} et [Xi][X_i] en mol L−1\mathrm{mol\,L^{-1}}

$$\sigma$$ en $$\mathrm{S\,m^{-1}}$$, $$\lambda_i$$ en $$\mathrm{S\,m^2\,mol^{-1}}$$ et $$[X_i]$$ en $$\mathrm{mol\,m^{-3}}$$

Explication

La cohérence dimensionnelle de la loi impose σ\sigma en S m−1\mathrm{S\,m^{-1}}, λi\lambda_i en S m2 mol−1\mathrm{S\,m^2\,mol^{-1}} et les concentrations en mol m−3\mathrm{mol\,m^{-3}}. Une concentration exprimée en mol L−1\mathrm{mol\,L^{-1}} doit donc être convertie avant utilisation.

8. Dans quel domaine la proportionnalité entre la conductivité et la concentration est-elle valable ?

Pour des concentrations supérieures à 10−2 mol L−110^{-2}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}
Pour des concentrations indépendantes de la valeur numérique choisie
Pour des concentrations inférieures à 10−2 mol L−110^{-2}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}
Pour des concentrations proches de 1 mol L−11\ \mathrm{mol\,L^{-1}}

Pour des concentrations inférieures à $$10^{-2}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$$

Explication

La proportionnalité entre la conductivité et la concentration est valable dans le domaine des concentrations inférieures à 10−2 mol L−110^{-2}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}. À des concentrations plus élevées, cette relation de proportionnalité ne constitue plus l’approximation indiquée.

9. Quelle hypothèse caractérise le modèle du gaz parfait ?

Les molécules sont immobiles et réparties uniformément dans le récipient.
Les molécules occupent un volume important et s’attirent fortement.
Les molécules sont ponctuelles et leurs interactions sont négligeables.
Les molécules possèdent une charge électrique et se repoussent entre elles.

Les molécules sont ponctuelles et leurs interactions sont négligeables.

Explication

Le gaz parfait est un modèle simplifié dans lequel les molécules sont considérées comme ponctuelles et leurs interactions comme négligeables. Un gaz réel peut présenter des interactions moléculaires non négligeables, ce qui le distingue de ce modèle.

10. Quelle expression permet de calculer la quantité de matière d’un gaz parfait à partir de sa pression, de son volume et de sa température ?

n=P×VR×Tn = \frac{P \times V}{R \times T}
n=P×TR×Vn = \frac{P \times T}{R \times V}
n=R×VP×Tn = \frac{R \times V}{P \times T}
n=R×TP×Vn = \frac{R \times T}{P \times V}

$$n = \frac{P \times V}{R \times T}$$

Explication

L’équation d’état P×V=n×R×TP \times V = n \times R \times T donne n=P×VR×Tn = \frac{P \times V}{R \times T}. La température T doit être exprimée en kelvins, et non en degrés Celsius, dans cette relation.

11. À 20 °C et sous 1 013 hPa, quelle grandeur est approximativement la même pour tous les gaz parfaits ?

La pression molaire, égale à environ 24,0 Pa·mol⁻¹.
La masse molaire, égale à environ 24,0 g·mol⁻¹.
Le volume molaire, égal à environ 24,0 L·mol⁻¹.
La quantité de matière, égale à environ 24,0 mol·L⁻¹.

Le volume molaire, égal à environ 24,0 L·mol⁻¹.

Explication

Le volume molaire vérifie Vm=R×TPV_m = \frac{R \times T}{P} et vaut environ 24,0 L·mol⁻¹ dans ces conditions pour tout gaz parfait. La masse molaire et la quantité de matière dépendent de la nature ou de la quantité du gaz, et ne sont donc pas fixées par ces seules conditions.

12. Quel énoncé décrit correctement un dosage par étalonnage ?

Il sépare les constituants de l’échantillon avant de mesurer leur masse individuelle.
Il transforme chimiquement l’échantillon afin de mesurer la quantité de réactif consommée.
Il compare la température de l’échantillon à celle d’une solution dépourvue de soluté.
Il relie une grandeur physique mesurée à une concentration inconnue sans détruire l’échantillon.

Il relie une grandeur physique mesurée à une concentration inconnue sans détruire l’échantillon.

Explication

Un dosage par étalonnage utilise une grandeur physique X dépendant de la concentration C pour déterminer une concentration inconnue, sans détruire l’échantillon. Une méthode fondée sur la consommation ou la transformation de l’échantillon correspond à une autre démarche analytique.

13. Après avoir mesuré une grandeur physique pour des solutions étalons et pour une solution inconnue, quelle démarche permet de déterminer la concentration inconnue ?

Tracer X en fonction de C, modéliser la droite, puis utiliser la mesure de l’inconnue.
Tracer C en fonction du volume, puis retenir le point correspondant à la solution la plus concentrée.
Mélanger les solutions étalons à l’inconnue, puis déterminer la concentration par évaporation.
Mesurer la masse des étalons, puis attribuer à l’inconnue la moyenne de leurs concentrations.

Tracer X en fonction de C, modéliser la droite, puis utiliser la mesure de l’inconnue.

Explication

Le dosage prévoit de préparer des solutions étalons encadrant l’inconnue, de mesurer X, puis de tracer et modéliser X en fonction de C. La mesure de X pour l’inconnue permet alors de lire sa concentration graphiquement ou à l’aide de l’équation de la droite.

14. Quelle relation donne la concentration en soluté apporté à partir de la quantité de matière n et du volume V ?

C=M×Vn=m×VMC = \frac{M \times V}{n} = \frac{m \times V}{M}
C=n×V=m×M×VC = n \times V = m \times M \times V
C=Vn=M×VmC = \frac{V}{n} = \frac{M \times V}{m}
C=nV=mM×VC = \frac{n}{V} = \frac{m}{M \times V}

$$C = \frac{n}{V} = \frac{m}{M \times V}$$

Explication

La concentration en soluté apporté est définie par C=nVC = \frac{n}{V}, et comme n=mMn = \frac{m}{M}, on obtient C=mM×VC = \frac{m}{M \times V}. Cette grandeur concerne le soluté dissous, tandis qu’une concentration effective décrit les ions effectivement présents.

15. Une solution est préparée en dissolvant du chlorure de calcium selon CaCl2(s)→Ca2++2Cl−CaCl_2(s) \rightarrow Ca^{2+} + 2Cl^-. Si sa concentration apportée vaut C, quelles sont les concentrations effectives des ions ?

[Ca2+]=C[Ca^{2+}] = C et [Cl−]=2C[Cl^-] = 2C
[Ca2+]=C[Ca^{2+}] = C et [Cl−]=C[Cl^-] = C
[Ca2+]=2C[Ca^{2+}] = 2C et [Cl−]=C[Cl^-] = C
[Ca2+]=2C[Ca^{2+}] = 2C et [Cl−]=2C[Cl^-] = 2C

$$[Ca^{2+}] = C$$ et $$[Cl^-] = 2C$$

Explication

Chaque entité de CaCl2CaCl_2 produit un ion Ca2+Ca^{2+} et deux ions Cl−Cl^-, d’où [Ca2+]=C[Ca^{2+}] = C et [Cl−]=2C[Cl^-] = 2C. L’égalité des deux concentrations ne respecterait pas les coefficients de l’équation de dissociation.

16. Une solution mère de concentration CmC_m est diluée pour obtenir une solution fille de concentration CfC_f. Quelle relation exprime la conservation de la quantité de matière ?

Cm×Vf=Cf×VmC_m \times V_f = C_f \times V_m
Cm×Vm=Cf×VfC_m \times V_m = C_f \times V_f
Cm+Vm=Cf+VfC_m + V_m = C_f + V_f
CmVm=CfVf\frac{C_m}{V_m} = \frac{C_f}{V_f}

$$C_m \times V_m = C_f \times V_f$$

Explication

Lors d’une dilution, la quantité de matière prélevée dans la solution mère se conserve, ce qui donne Cm×Vm=Cf×VfC_m \times V_m = C_f \times V_f. La relation entre les concentrations et les volumes permet aussi d’écrire F=CmCf=VfVmF = \frac{C_m}{C_f} = \frac{V_f}{V_m}.

17. Quelle conversion de température et de pression convient pour utiliser les unités du système international dans une relation thermodynamique ?

Convertir les degrés Celsius en moles et les bars en litres
Convertir les degrés Celsius en pascals et les bars en kelvins
Convertir les degrés Celsius en kelvins et les bars en pascals
Convertir les degrés Celsius en litres et les bars en mètres cubes

Convertir les degrés Celsius en kelvins et les bars en pascals

Explication

Les relations du système international exigent une température en kelvins et une pression en pascals, avec T(K)=θ(°C)+273,15T(\mathrm{K})=\theta(°\mathrm{C})+273{,}15 et 1 bar=105 Pa1\ \mathrm{bar}=10^5\ \mathrm{Pa}. La confusion fréquente consiste à associer les degrés Celsius aux pascals ou les bars aux kelvins, alors que ces unités ne mesurent pas la même grandeur.

18. Quelle méthode est la mieux adaptée pour analyser une solution contenant une espèce colorée non ionique, une espèce ionique conductrice ou un gaz parfait, dans cet ordre ?

Absorbance, pression, conductivité
Absorbance, conductivité, pression
Pression, conductivité, absorbance
Conductivité, absorbance, pression

Absorbance, conductivité, pression

Explication

L’absorbance convient à une espèce colorée, la conductivité à une espèce ionique conductrice et la pression à la détermination de la quantité de matière d’un gaz parfait. La conductivité ne caractérise donc pas directement une espèce colorée non ionique, tandis que la pression n’est pas la méthode associée à une solution ionique.

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Qu'est-ce que l'absorbance Aλ caractérise dans une solution ?

La capacité d'une solution à absorber une radiation de longueur d'onde donnée.

Quelle est la formule de la loi de Beer-Lambert ?

Aλ=ελ×l×CA_\lambda = \varepsilon_\lambda \times l \times C

Que représentent les symboles ελ\varepsilon_\lambda, l et C dans la loi de Beer-Lambert ?

Le coefficient d'extinction molaire, la largeur de la cuve et la concentration en soluté.

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