QCM : Chimie et physique fondamentales — 35 questions

Explication

Un acide de Brønsted est une espèce capable de céder au moins un proton H⁺. La capture d’un proton caractérise au contraire une base de Brønsted.

Explication

Une base de Brønsted est capable de capter au moins un proton H⁺. La cession d’un proton correspond à la définition d’un acide de Brønsted.

Explication

La relation $[H_3O^+]=C^0\cdot10^{-pH}$ donne ici $[H_3O^+]=1\times10^{-3}\,\mathrm{mol\cdot L^{-1}}$. Le pH est sans unité, tandis que la concentration possède une unité de quantité de matière par volume.

Explication

La relation de Henderson-Hasselbalch indique que $A^-$ prédomine lorsque le pH est supérieur au pKa. Lorsque le pH est inférieur au pKa, c’est plutôt $AH$ qui prédomine.

Explication

L’absorbance mesure la quantité de lumière absorbée par une solution à une longueur d’onde choisie. La lumière transmise est caractérisée par la transmittance, qui correspond à une grandeur différente.

Explication

La loi $A=\epsilon\cdot l\cdot C$ donne $A=200\times1{,}0\times2{,}0\times10^{-3}=0{,}40$. L’absorbance est sans unité, tandis que le coefficient $\epsilon$ possède des unités.

Explication

L’équivalence correspond à l’état où les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques de la réaction. Elle ne se définit ni par l’égalité des volumes ni par une valeur universelle du pH.

Explication

Les coefficients stœchiométriques sont $a=2$ et $b=1$, donc la condition d’équivalence est $\frac{C_A V_A}{2}=\frac{C_B V_E}{1}$. Les autres relations attribuent incorrectement les coefficients aux quantités de matière.

Explication

Pour une réaction d’ordre 1, $t_{1/2}=\frac{\ln2}{k}=\frac{0{,}693}{0{,}20}\approx3{,}47\,\mathrm{s}$. La concentration suit une décroissance exponentielle, et non une évolution linéaire.

Explication

Le temps de demi-réaction est atteint lorsque l’avancement vérifie $x(t_{1/2})=x_f/2$. Il se rapporte donc à l’avancement final, tandis que l’équivalence concerne la stœchiométrie d’un titrage.

Explication

Les produits apparaissent au numérateur et les réactifs au dénominateur, chaque concentration étant élevée à la puissance de son coefficient stœchiométrique. Pour cette réaction, cela donne l’expression proposée avec $B$ au carré.

Explication

Lorsque $Q_{r,i}<K(T)$, le système évolue dans le sens direct afin d’atteindre l’équilibre. Un quotient supérieur à $K(T)$ indique au contraire une évolution indirecte, tandis que l’égalité correspond à l’équilibre.

Explication

Dans une pile, l’oxydation se produit à l’anode, qui constitue le pôle négatif, tandis que la réduction a lieu à la cathode, pôle positif. L’association des signes et des transformations est inversée dans le cas d’une électrolyse.

Explication

La charge se calcule avec $Q=I\Delta t$, en convertissant la durée en secondes : $Q=2{,}0\times900=1{,}8\times10^3\,\mathrm{C}$. L’ampère mesure l’intensité du courant, alors que le coulomb mesure la charge transférée.

Explication

L’électrolyse est imposée par un générateur : l’anode reliée au pôle positif est le siège de l’oxydation et la cathode reliée au pôle négatif celui de la réduction. La confusion vient souvent de l’emploi des signes d’une pile, qui produit spontanément de l’énergie électrique.

Explication

Le rendement vaut $\eta=\frac{m_{exp}}{m_{théo}}=\frac{8{,}0}{10{,}0}=0{,}80$, soit $80\,\%$. La différence entre les masses expérimentale et théorique ne représente pas directement le rendement.

Explication

La diffraction est notable lorsque la dimension de la fente est voisine de la longueur d’onde, ce que traduit l’ordre de grandeur de $\theta=\frac{\lambda}{a}$. Une fente beaucoup plus large produit un étalement angulaire plus faible.

Explication

Pour les interférences produites par deux fentes, l’interfrange est donné par $i=\frac{\lambda D}{b}$. Il augmente donc avec la longueur d’onde et la distance à l’écran, mais diminue lorsque l’écartement des fentes augmente.

Explication

Une interférence destructive apparaît lorsque la différence de marche est un multiple demi-entier de la longueur d’onde, soit $\delta=(k+1/2)\lambda$. La condition $\delta=k\lambda$ correspond au contraire à une interférence constructive.

Explication

Dans l’approximation $v\ll c$, le décalage Doppler est $\Delta f=f_E\frac{v}{c}$. L’expression est proportionnelle à la fréquence émise et à la vitesse, mais inversement proportionnelle à la célérité $c$.

Explication

L’énergie d’un photon vérifie $E=h\nu$ et, comme $\nu=\frac{c}{\lambda}$, on obtient $E=\frac{hc}{\lambda}$. L’énergie augmente donc lorsque la longueur d’onde diminue.

Explication

L’émission photoélectrique a lieu lorsque l’énergie du photon atteint ou dépasse le travail d’extraction, soit $E_{photon}\ge W_0$. Cela équivaut à une fréquence supérieure ou égale à $\nu_0$, ou à une longueur d’onde inférieure ou égale à $\lambda_0$.

Explication

Pour une lunette afocale, la distance entre l’objectif et l’oculaire vaut $O_1O_2=f'_1+f'_2$, et le grossissement est $G=\frac{f'_1}{f'_2}$. L’objectif possède la grande focale, tandis que l’oculaire possède la petite focale.

Explication

Pendant la charge, la tension du condensateur augmente progressivement vers $E$ selon une constante de temps $\tau=RC$. L’expression exponentielle décroissante correspond plutôt à une grandeur qui tend vers zéro, comme lors de la décharge.

Explication

La deuxième loi de Newton relie la résultante des forces extérieures à l’accélération par $\sum\vec F_{ext}=m\vec a$. La vitesse décrit l’état de mouvement, mais elle n’est pas directement égale à la force résultante.

Explication

La trajectoire du projectile est une parabole dont le terme quadratique est $-\frac{g}{2v_0^2\cos^2\alpha}x^2$. Une accélération horizontale nulle n’empêche pas la trajectoire d’être courbe, car l’accélération verticale modifie la position selon l’horizontale.

Explication

La force électrique vaut $\vec F_e=q\vec E$ et la deuxième loi de Newton donne $m\vec a=\vec F_e$, d’où $\vec a=\frac{q}{m}\vec E$. L’expression $\frac{m}{q}\vec E$ inverse le rapport entre la masse et la charge.

Explication

Les relations $v=\sqrt{\frac{GM}{r}}$ et $T=2\pi\sqrt{\frac{r^3}{GM}}$ montrent qu’une augmentation de $r$ réduit la vitesse orbitale mais accroît la période. La période augmente donc malgré la diminution de la vitesse.

Explication

Le débit volumique vérifie $D_v=Sv$ et reste constant dans l’écoulement considéré ; une réduction de $S$ impose donc une augmentation de $v$. La constance du débit ne signifie pas que la vitesse reste identique partout.

Explication

La relation donnée associe les contributions de pression, d’énergie cinétique et d’énergie potentielle pour un écoulement incompressible et stationnaire. Un écoulement fortement compressible ne satisfait pas directement les conditions indiquées pour cette forme.

Explication

Avec $R=8{,}314\,\mathrm{J\cdot K^{-1}\cdot mol^{-1}}$, la température doit être exprimée en kelvins et la pression en pascals pour obtenir des unités cohérentes. Employer des degrés Celsius sans conversion modifierait la valeur absolue de la température utilisée dans l’équation.

Explication

Le premier principe s’écrit $\Delta U=W+Q$ et, pour une phase condensée, la variation d’énergie interne vaut $mc\Delta T$. La relation $W-Q$ repose sur une convention de signe différente de celle utilisée ici et ne correspond pas à l’expression fournie.

Explication

L’activité décroît exponentiellement selon $A(t)=A_0e^{-\lambda t}$, comme le nombre de noyaux radioactifs. L’expression croissante avec $e^{\lambda t}$ décrit une évolution opposée à la désintégration radioactive.

Explication

La demi-vie est donnée par $t_{1/2}=\frac{\ln 2}{\lambda}$ : elle augmente lorsque la constante de désintégration diminue. La relation $t_{1/2}=\lambda\ln 2$ inverse à tort le rôle de la constante.

Explication

Le bilan nucléaire relie la variation d’énergie à la différence de masse par $\Delta E=(m_{produits}-m_{réactifs})c^2$, tandis que l’équivalence générale s’écrit $E=mc^2$. La formule utilisant la différence inverse change le signe de la variation d’énergie.