QCM : Calcul de base et quantité de matière (19 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Un calcul exige de simplifier 107×10−3(102)2\frac{10^7 \times 10^{-3}}{(10^2)^2}. Quelle puissance de 10 obtient-on ?

10410^4
10010^0
10−410^{-4}
10810^8

$$10^0$$

Explication

Le produit au numérateur donne 107+(−3)=10410^{7+(-3)}=10^4, et le dénominateur vaut 102×2=10410^{2\times2}=10^4 ; le quotient est donc 104−4=10010^{4-4}=10^0. 10410^4 oublie le quotient, 10−410^{-4} inverse la soustraction des exposants et 10810^8 additionne au lieu de soustraire au dénominateur.

2. Quelle écriture respecte la forme normalisée de la notation scientifique pour un nombre positif ?

10×10510 \times 10^5
0,47×1070{,}47 \times 10^7
47×10547 \times 10^5
4,7×1064{,}7 \times 10^6

$$4{,}7 \times 10^6$$

Explication

En notation scientifique, le coefficient doit vérifier 1≤a<101 \leq a < 10, ce qui est le cas de 4,74{,}7. 0,470{,}47 est trop petit, tandis que les coefficients 1010 et 4747 ne sont pas inférieurs à 10.

3. Une multiplication utilise une donnée mesurée à trois chiffres significatifs et une autre à deux chiffres significatifs. Quel traitement de précision appliquer au résultat ?

Arrondir chaque donnée à deux chiffres avant le calcul
Le donner à trois chiffres significatifs, en arrondissant à la fin
Le donner avec deux décimales, en arrondissant à la fin
Le donner à deux chiffres significatifs, en arrondissant à la fin

Le donner à deux chiffres significatifs, en arrondissant à la fin

Explication

Pour une multiplication, le résultat conserve autant de chiffres significatifs que la donnée la moins précise, soit deux ici, et l’arrondi se fait à la fin. Le nombre de décimales concerne les additions et soustractions ; retenir trois chiffres ignore la donnée moins précise, et arrondir chaque donnée trop tôt est à éviter.

4. Un technicien doit convertir 0,004 m30{,}004\,\mathrm{m^3} en litres. Quelle valeur obtient-il ?

4 L4\,\mathrm{L}
0,004 L0{,}004\,\mathrm{L}
0,4 L0{,}4\,\mathrm{L}
4000 L4000\,\mathrm{L}

$$4\,\mathrm{L}$$

Explication

Comme 1 m3=1000 L1\,\mathrm{m^3}=1000\,\mathrm{L}, on calcule 0,004×1000=4 L0{,}004\times1000=4\,\mathrm{L}. 0,004 L0{,}004\,\mathrm{L} omet le facteur de conversion, 4000 L4000\,\mathrm{L} l’applique dans le sens inverse, et 0,4 L0{,}4\,\mathrm{L} utilise un facteur dix trop petit.

5. Pour calculer une quantité de matière à partir d’une masse et d’une masse molaire, une étudiante écrit n=m/Mn=m/M. Quelle vérification d’analyse dimensionnelle permet de valider l’unité du résultat ?

g×(g mol−1)=g2 mol−1\mathrm{g}\times(\mathrm{g\,mol^{-1}})=\mathrm{g^2\,mol^{-1}}
Comparer les unités après avoir supprimé les unités du calcul
g/g=1\mathrm{g}/\mathrm{g}=1
g/(g mol−1)=mol\mathrm{g}/(\mathrm{g\,mol^{-1}})=\mathrm{mol}

$$\mathrm{g}/(\mathrm{g\,mol^{-1}})=\mathrm{mol}$$

Explication

L’analyse dimensionnelle consiste à conserver les unités dans le calcul et à vérifier que le résultat a l’unité attendue : g/(g mol−1)=mol\mathrm{g}/(\mathrm{g\,mol^{-1}})=\mathrm{mol}. Multiplier les unités donne une unité incorrecte, simplifier à tort en unité sans dimension perd le facteur mol\mathrm{mol}, et ignorer les unités ne vérifie pas le résultat dimensionnel.

6. Un échantillon contient 3,011×10233{,}011\times10^{23} molécules. Quelle quantité de matière contient-il, sachant que NA=6,022×1023 mol−1N_A=6{,}022\times10^{23}\,\mathrm{mol^{-1}} ?

3,011×1023 mol3{,}011\times10^{23}\,\mathrm{mol}
0,25 mol0{,}25\,\mathrm{mol}
2,00 mol2{,}00\,\mathrm{mol}
0,50 mol0{,}50\,\mathrm{mol}

$$0{,}50\,\mathrm{mol}$$

Explication

On utilise n=NNAn=\frac{N}{N_A}, donc n=3,011×10236,022×1023=0,50 moln=\frac{3{,}011\times10^{23}}{6{,}022\times10^{23}}=0{,}50\,\mathrm{mol}. Multiplier par la constante ou inverser le rapport donne une opération incorrecte; le nombre d’entités n’est pas une quantité en moles.

7. Une molécule de dioxyde de carbone contient un atome de carbone et deux atomes d’oxygène. Avec M(C)=12,0 g mol−1M(\mathrm C)=12{,}0\,\mathrm{g\,mol^{-1}} et M(O)=16,0 g mol−1M(\mathrm O)=16{,}0\,\mathrm{g\,mol^{-1}}, quelle est sa masse molaire ?

44,0 g mol−144{,}0\,\mathrm{g\,mol^{-1}}
28,0 g mol−128{,}0\,\mathrm{g\,mol^{-1}}
56,0 g mol−156{,}0\,\mathrm{g\,mol^{-1}}
3,0 g mol−13{,}0\,\mathrm{g\,mol^{-1}}

$$44{,}0\,\mathrm{g\,mol^{-1}}$$

Explication

La masse molaire s’obtient en additionnant les masses molaires atomiques en tenant compte des indices : 12,0+2×16,0=44,0 g mol−112{,}0+2\times16{,}0=44{,}0\,\mathrm{g\,mol^{-1}}. Le résultat 28,0 omet un oxygène, 56,0 double aussi le carbone et 3,0 additionne les indices.

8. Un gaz parfait occupe 2,00×10−3 m32{,}00\times10^{-3}\,\mathrm{m^3} à 1,00×105 Pa1{,}00\times10^5\,\mathrm{Pa} et 300 K300\,\mathrm K. Quelle quantité de matière contient-il, avec R=8,314 J K−1 mol−1R=8{,}314\,\mathrm{J\,K^{-1}\,mol^{-1}} ?

0,024 mol0{,}024\,\mathrm{mol}
0,401 mol0{,}401\,\mathrm{mol}
0,080 mol0{,}080\,\mathrm{mol}
80 mol80\,\mathrm{mol}

$$0{,}080\,\mathrm{mol}$$

Explication

La loi PV=nRTPV=nRT donne n=PVRTn=\frac{PV}{RT}. Ainsi, n=(1,00×105)(2,00×10−3)8,314×300≈0,080 moln=\frac{(1{,}00\times10^5)(2{,}00\times10^{-3})}{8{,}314\times300}\approx0{,}080\,\mathrm{mol}; omettre TT ou ne pas convertir le volume conduit à une valeur incorrecte.

9. Pour préparer une solution, une personne divise la quantité de soluté par le volume de solvant ajouté, alors que le volume final de solution est différent. Quel volume doit-elle utiliser pour calculer la concentration molaire ?

Le volume du soluté avant dissolution
Le volume final de la solution
La masse totale de la solution
Le volume de solvant ajouté

Le volume final de la solution

Explication

La concentration molaire est définie par C=nVC=\frac{n}{V}, où VV est le volume de la solution. Utiliser le volume de solvant confond les deux volumes; le volume du soluté seul et la masse ne sont pas le dénominateur de cette définition.

10. Une solution contient 12 g12\,\mathrm g de soluté dans un volume de 3,0 L3{,}0\,\mathrm L. Quelle grandeur et quelle unité résultent du rapport masse de soluté sur volume de solution ?

La concentration molaire, en g L−1\mathrm{g\,L^{-1}}
La concentration molaire, en mol L−1\mathrm{mol\,L^{-1}}
La concentration massique, en g L−1\mathrm{g\,L^{-1}}
La concentration massique, en g mol−1\mathrm{g\,mol^{-1}}

La concentration massique, en $$\mathrm{g\,L^{-1}}$$

Explication

La concentration massique est le rapport de la masse de soluté au volume de solution et s’exprime en g L−1\mathrm{g\,L^{-1}}. L’unité mol L−1\mathrm{mol\,L^{-1}} désigne la concentration molaire, tandis que g mol−1\mathrm{g\,mol^{-1}} est l’unité de masse molaire.

11. Une solution a une concentration massique de 9,0 g L−19{,}0\,\mathrm{g\,L^{-1}} et le soluté une masse molaire de 30 g mol−130\,\mathrm{g\,mol^{-1}}. Quelle est sa concentration molaire ?

3,3 mol L−13{,}3\,\mathrm{mol\,L^{-1}}
0,30 mol L−10{,}30\,\mathrm{mol\,L^{-1}}
270 mol L−1270\,\mathrm{mol\,L^{-1}}
9,0 g L−19{,}0\,\mathrm{g\,L^{-1}}

$$0{,}30\,\mathrm{mol\,L^{-1}}$$

Explication

La relation est C=CmMC=\frac{C_m}{M}, donc C=9,030=0,30 mol L−1C=\frac{9{,}0}{30}=0{,}30\,\mathrm{mol\,L^{-1}}. La multiplication inverse la relation, le quotient inversé ne convient pas et 9,0 g L−19{,}0\,\mathrm{g\,L^{-1}} reste une concentration massique.

12. Pour préparer 0,200 L0{,}200\,\text{L} d’une solution à 0,30 mol⋅L−10{,}30\,\text{mol·L}^{-1} à partir d’un solide de masse molaire 50 g⋅mol−150\,\text{g·mol}^{-1}, quelle masse faut-il peser ?

3000 g3000\,\text{g}
3,0 g3{,}0\,\text{g}
0,12 g0{,}12\,\text{g}
15 g15\,\text{g}

$$3{,}0\,\text{g}$$

Explication

La masse se calcule par m=CVMm=CVM : 0,30×0,200×50=3,0 g0{,}30\times0{,}200\times50=3{,}0\,\text{g}. Les résultats 0,12 g0{,}12\,\text{g} et 15 g15\,\text{g} proviennent respectivement de l’omission de facteurs dans le produit, tandis que 3000 g3000\,\text{g} traduit une erreur de conversion du volume.

13. On prélève 15 mL15\,\text{mL} d’une solution mère et on dilue jusqu’à un volume final de 75 mL75\,\text{mL}. Si la concentration mère vaut 0,40 mol⋅L−10{,}40\,\text{mol·L}^{-1}, quelle est la concentration finale ?

0,080 mol⋅L−10{,}080\,\text{mol·L}^{-1}
0,40 mol⋅L−10{,}40\,\text{mol·L}^{-1}
0,020 mol⋅L−10{,}020\,\text{mol·L}^{-1}
2,0 mol⋅L−12{,}0\,\text{mol·L}^{-1}

$$0{,}080\,\text{mol·L}^{-1}$$

Explication

La quantité de soluté se conserve pendant la dilution, donc CmVm=CfVfC_mV_m=C_fV_f et Cf=0,40×15/75=0,080 mol⋅L−1C_f=0{,}40\times15/75=0{,}080\,\text{mol·L}^{-1}. 2,0 mol⋅L−12{,}0\,\text{mol·L}^{-1} inverse le rapport des volumes, 0,40 mol⋅L−10{,}40\,\text{mol·L}^{-1} néglige la dilution et 0,020 mol⋅L−10{,}020\,\text{mol·L}^{-1} applique un facteur de dilution erroné.

14. Une solution mère de concentration 0,90 mol⋅L−10{,}90\,\text{mol·L}^{-1} sert à préparer une solution fille de concentration 0,15 mol⋅L−10{,}15\,\text{mol·L}^{-1}. Quel est le facteur de dilution ?

0,750{,}75
66
0,150{,}15
16\frac{1}{6}

$$6$$

Explication

Le facteur de dilution vaut F=Cm/Cf=0,90/0,15=6F=C_m/C_f=0{,}90/0{,}15=6, conformément aussi au rapport du volume final au volume prélevé. 16\frac{1}{6} inverse le rapport, 0,750{,}75 soustrait les concentrations et 0,150{,}15 reprend la concentration fille plutôt que le facteur.

15. Lorsqu’une équation de réaction ionique est équilibrée, quel bilan doit être identique entre les réactifs et les produits ?

La charge totale, mais pas le nombre d’atomes de chaque élément
Le nombre d’atomes de chaque élément et la charge totale
Le nombre de molécules, même si les atomes et la charge diffèrent
Le nombre d’atomes de chaque élément, mais pas la charge totale

Le nombre d’atomes de chaque élément et la charge totale

Explication

Une équation équilibrée conserve à la fois chaque type d’atome et la charge totale de part et d’autre. La conservation des seuls atomes ou de la seule charge oublie une partie du bilan, tandis que le nombre de molécules n’est pas une grandeur qui doit être conservée.

16. Dans une réaction équilibrée, une espèce dont le coefficient stœchiométrique vaut 33 est consommée lorsque l’avancement augmente de 0,20 mol0{,}20\,\text{mol}. Quelle quantité de cette espèce est consommée ?

3,0 mol3{,}0\,\text{mol}
0,067 mol0{,}067\,\text{mol}
0,60 mol0{,}60\,\text{mol}
0,20 mol0{,}20\,\text{mol}

$$0{,}60\,\text{mol}$$

Explication

La quantité consommée est le produit du coefficient stœchiométrique par l’avancement : 3×0,20=0,60 mol3\times0{,}20=0{,}60\,\text{mol}. 0,20 mol0{,}20\,\text{mol} omet le coefficient, 3,0 mol3{,}0\,\text{mol} l’utilise sans l’avancement et 0,067 mol0{,}067\,\text{mol} divise au lieu de multiplier.

17. Pour déterminer l’état final d’une réaction avec un tableau d’avancement, quelle démarche respecte l’ordre de construction requis ?

Équilibrer, calculer les quantités initiales, choisir l’avancement final, puis calculer l’avancement maximal
Équilibrer, calculer les quantités initiales, exprimer l’état intermédiaire en fonction de l’avancement, trouver l’avancement maximal, puis établir l’état final
Équilibrer, trouver l’avancement maximal, calculer les quantités initiales, puis établir les états intermédiaire et final
Calculer les quantités initiales, exprimer l’état intermédiaire, établir l’état final, puis équilibrer l’équation

Équilibrer, calculer les quantités initiales, exprimer l’état intermédiaire en fonction de l’avancement, trouver l’avancement maximal, puis établir l’état final

Explication

Le tableau se construit en équilibrant d’abord l’équation, puis en calculant les quantités initiales et en exprimant l’état intermédiaire en fonction de l’avancement; on détermine ensuite l’avancement maximal avant de compléter l’état final avec cette valeur. Chercher l’avancement maximal avant l’équilibrage, établir l’état final avant l’équation ou choisir l’avancement final arbitrairement ne suit pas cette méthode.

18. Pour une réaction, les équations d’épuisement des deux réactifs donnent respectivement x=0,040 molx=0{,}040\,\text{mol} et x=0,065 molx=0{,}065\,\text{mol}. Quel réactif est limitant ?

Celui dont l’équation d’épuisement donne 0,065 mol0{,}065\,\text{mol}
Celui dont l’équation d’épuisement donne 0,040 mol0{,}040\,\text{mol}
Aucun, car les valeurs d’avancement sont différentes
Celui qui possède la plus grande quantité initiale

Celui dont l’équation d’épuisement donne $$0{,}040\,\text{mol}$$

Explication

L’avancement maximal est la plus petite valeur obtenue en résolvant l’équation d’épuisement de chaque réactif; le réactif correspondant, ici celui associé à 0,040 mol0{,}040\,\text{mol}, est limitant. Choisir 0,065 mol0{,}065\,\text{mol} revient à prendre la plus grande valeur, et une grande quantité initiale ne suffit pas à identifier le réactif limitant sans tenir compte des proportions de réaction.

19. Un échantillon contient 1,2044×10241{,}2044\times10^{24} molécules. Quelle quantité de matière cela représente-t-il, sachant qu’une mole contient 6,022×10236{,}022\times10^{23} entités ?

7,25×1047 mol7{,}25\times10^{47}\,\mathrm{mol}
1,2044×1024 mol1{,}2044\times10^{24}\,\mathrm{mol}
3 mol3\,\mathrm{mol}
2 mol2\,\mathrm{mol}

$$2\,\mathrm{mol}$$

Explication

La quantité de matière se calcule en divisant le nombre d’entités par le nombre d’entités par mole : n=1,2044×10246,022×1023=2 moln=\frac{1{,}2044\times10^{24}}{6{,}022\times10^{23}}=2\,\mathrm{mol}. La valeur 1,2044×1024 mol1{,}2044\times10^{24}\,\mathrm{mol} confond entités et moles, 3 mol3\,\mathrm{mol} provient d’une division incorrecte, et 7,25×1047 mol7{,}25\times10^{47}\,\mathrm{mol} résulte d’une multiplication au lieu d’une division.

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Mémorisez les réponses avec 47 flashcards sur Calcul de base et quantité de matière.

Comment calcule-t-on le produit de deux puissances de 10 ?

On additionne leurs exposants.

Comment calcule-t-on le quotient de deux puissances de 10 ?

On soustrait leurs exposants.

Comment écrit-on une puissance d’une puissance de 10 ?

On multiplie les exposants.

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