QCM : Eau, pH et solutions tampons — 21 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle est la composition atomique de la molécule d’eau ?

Un atome d’oxygène lié à deux atomes d’azote
Un atome d’hydrogène lié à deux atomes de carbone
Deux atomes d’hydrogène liés à un atome d’oxygène
Deux atomes d’oxygène liés à un atome d’hydrogène

Deux atomes d’hydrogène liés à un atome d’oxygène

Explication

La molécule d’eau est constituée de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène reliés par des liaisons covalentes. Une composition avec deux atomes d’oxygène ne correspond pas à l’eau.

2. Quelle valeur décrit l’angle formé par les deux liaisons O–H dans une molécule d’eau ?

120∘120^\circ
180∘180^\circ
104,5∘104{,}5^\circ
90∘90^\circ

$$104{,}5^\circ$$

Explication

Les deux liaisons O–H forment un angle de 104,5∘104{,}5^\circ dans la molécule d’eau. Un angle de 180∘180^\circ correspondrait à une géométrie linéaire, qui n’est pas celle de l’eau.

3. Comment caractériser la répartition des charges dans une molécule d’eau ?

Elle est globalement neutre, car ses atomes ne portent aucune charge partielle.
Elle est globalement positive, avec des charges entières portées par les hydrogènes.
Elle est globalement négative, avec une charge entière portée par l’oxygène.
Elle est globalement neutre, avec des charges partielles positives sur les hydrogènes et négative sur l’oxygène.

Elle est globalement neutre, avec des charges partielles positives sur les hydrogènes et négative sur l’oxygène.

Explication

La molécule d’eau a une charge globale nulle, mais la différence d’électronégativité crée des charges partielles de +0,41+0{,}41 sur chaque hydrogène et de −0,82-0{,}82 sur l’oxygène. La neutralité globale n’implique donc pas l’absence de charges partielles.

4. Quelle description distingue correctement une liaison hydrogène d’une liaison covalente ?

La liaison hydrogène et la liaison covalente sont deux interactions électrostatiques de même nature entre molécules.
La liaison hydrogène relie deux noyaux par des électrons communs, tandis que la liaison covalente agit entre molécules séparées.
La liaison hydrogène repose sur un partage d’électrons, tandis que la liaison covalente attire des charges opposées.
La liaison hydrogène est une interaction électrostatique entre charges opposées, tandis que la liaison covalente repose sur un partage d’électrons.

La liaison hydrogène est une interaction électrostatique entre charges opposées, tandis que la liaison covalente repose sur un partage d’électrons.

Explication

Une liaison hydrogène résulte de l’attraction entre une charge positive et une charge négative appartenant à des molécules différentes. La liaison covalente associe des atomes par partage d’électrons, ce qui la distingue fondamentalement.

5. Combien de liaisons hydrogène une molécule d’eau peut-elle théoriquement former, et quelle est l’énergie indiquée pour chacune ?

Une liaison hydrogène, d’une énergie d’environ 19 kJ mol−119\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}
Quatre liaisons hydrogène, d’une énergie d’environ 19 kJ mol−119\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}
Deux liaisons hydrogène, d’une énergie d’environ 460 kJ mol−1460\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}
Quatre liaisons hydrogène, d’une énergie d’environ 460 kJ mol−1460\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}

Quatre liaisons hydrogène, d’une énergie d’environ $$19\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}$$

Explication

Une molécule d’eau peut théoriquement participer à quatre liaisons hydrogène, dont l’énergie est donnée comme 19 kJ mol−119\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}. La valeur de 460 kJ mol−1460\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}} correspond à l’énergie indiquée pour une liaison covalente, pas pour une liaison hydrogène.

6. Quelle différence décrit le mieux les liaisons hydrogène dans la glace et dans l’eau liquide ?

La glace et le liquide présentent un réseau cristallin identique, mais à des températures différentes.
La glace ne possède pas de liaisons hydrogène, tandis que le liquide en possède quatre stables par molécule.
La glace possède des liaisons brèves et dispersées, tandis que le liquide forme un réseau cristallin de quatre liaisons par molécule.
La glace forme un réseau cristallin de quatre liaisons stables par molécule, tandis que le liquide possède des liaisons moins nombreuses et brèves.

La glace forme un réseau cristallin de quatre liaisons stables par molécule, tandis que le liquide possède des liaisons moins nombreuses et brèves.

Explication

Dans la glace, quatre liaisons hydrogène stables par molécule construisent un réseau cristallin. Dans l’eau liquide, les liaisons sont moins nombreuses et leur durée de vie est comprise entre 10−810^{-8} et 10−11 s10^{-11}\ \mathrm{s}.

7. Pourquoi une molécule polaire tend-elle à être soluble dans l’eau ?

Elle peut former des liaisons hydrogène avec l’eau, ce qui favorise son interaction avec le solvant.
Elle possède une structure apolaire qui évite les interactions avec les molécules d’eau.
Elle provoque la rupture complète des molécules d’eau en atomes séparés.
Elle transforme les liaisons covalentes de l’eau en liaisons ioniques stables.

Elle peut former des liaisons hydrogène avec l’eau, ce qui favorise son interaction avec le solvant.

Explication

Les molécules polaires peuvent établir des liaisons hydrogène avec l’eau, ce qui favorise leur solubilité. Une structure apolaire tend au contraire à interagir peu avec l’eau dans ce contexte.

8. Quelle fonction chimique ne peut pas participer à une liaison hydrogène avec l’eau parmi les suivantes ?

La fonction hydroxyle
La fonction méthyle
La fonction carbonyle
La fonction amine

La fonction méthyle

Explication

Les fonctions hydroxyle, carbonyle, carboxyle et amine peuvent participer à des liaisons hydrogène avec l’eau. La fonction méthyle ne possède pas le groupement polaire requis pour cette interaction.

9. Que peut provoquer la faible interaction entre molécules polaires et apolaires dans un mélange huile-eau ?

Une homogénéisation durable des deux phases par création de liaisons hydrogène.
Une séparation des phases pouvant conduire à la formation de micelles, de liposomes ou de bicouches.
Une dissolution complète de l’huile grâce à l’attraction entre ses groupes méthyle.
Une transformation des molécules apolaires en molécules polaires par échange d’électrons.

Une séparation des phases pouvant conduire à la formation de micelles, de liposomes ou de bicouches.

Explication

Les molécules polaires et apolaires interagissent peu ou pas, ce qui favorise une séparation comme celle observée entre l’huile et l’eau. Cette organisation peut conduire à des structures telles que les micelles, les liposomes ou les bicouches.

10. Quelle relation exprime le produit ionique de l’eau à température donnée ?

Ke=[H+]+[OH−]=10−14 (mol/L)2K_e=[H^+]+[OH^-]=10^{-14}\ \mathrm{(mol/L)^2}
Ke=[H+][OH−]=10−14 (mol/L)2K_e=\frac{[H^+]}{[OH^-]}=10^{-14}\ \mathrm{(mol/L)^2}
Ke=[H+]2[OH−]2=10−14 (mol/L)2K_e=[H^+]^2[OH^-]^2=10^{-14}\ \mathrm{(mol/L)^2}
Ke=[H+][OH−]=10−14 (mol/L)2K_e=[H^+][OH^-]=10^{-14}\ \mathrm{(mol/L)^2}

$$K_e=[H^+][OH^-]=10^{-14}\ \mathrm{(mol/L)^2}$$

Explication

Le produit ionique est défini par le produit des concentrations en ions hydrogène et hydroxyde, égal à 10−14 (mol/L)210^{-14}\ \mathrm{(mol/L)^2}. Une somme, un quotient ou le produit des concentrations au carré ne correspondent pas à cette définition.

11. Dans l’eau pure, quelles sont les concentrations respectives en ions hydrogène et hydroxyde ?

[H+]=[OH−]=10−7 mol/L[H^+]=[OH^-]=10^{-7}\ \mathrm{mol/L}
[H+]=[OH−]=10−2 mol/L[H^+]=[OH^-]=10^{-2}\ \mathrm{mol/L}
[H+]=10−7 mol/L  et [OH−]=10−14 mol/L[H^+]=10^{-7}\ \mathrm{mol/L}\ \text{ et } [OH^-]=10^{-14}\ \mathrm{mol/L}
[H+]=10−14 mol/L  et [OH−]=10−7 mol/L[H^+]=10^{-14}\ \mathrm{mol/L}\ \text{ et } [OH^-]=10^{-7}\ \mathrm{mol/L}

$$[H^+]=[OH^-]=10^{-7}\ \mathrm{mol/L}$$

Explication

L’auto-ionisation de l’eau pure produit des concentrations égales de 10−7 mol/L10^{-7}\ \mathrm{mol/L} pour les deux ions. La valeur 10−1410^{-14} correspond au produit ionique, pas à la concentration de l’un des ions.

12. Une solution passe de [H+]=10−4 mol/L[H^+]=10^{-4}\ \mathrm{mol/L} à [H+]=10−6 mol/L[H^+]=10^{-6}\ \mathrm{mol/L} ; comment son pH évolue-t-il ?

Il augmente de deux unités, de 4 à 6.
Il augmente de quatre unités, de 4 à 8.
Il diminue de deux unités, de 6 à 4.
Il reste égal à 4, car la solution demeure acide.

Il augmente de deux unités, de 4 à 6.

Explication

Comme pH=−log⁡10[H+]pH=-\log_{10}[H^+], les concentrations indiquées correspondent respectivement à des pH de 4 et de 6. La baisse de la concentration en ions hydrogène entraîne donc une hausse du pH.

13. Comment classe-t-on une solution pour laquelle [H+]<[OH−][H^+]<[OH^-] ?

Elle est acide.
Elle est saturée.
Elle est neutre.
Elle est basique.

Elle est basique.

Explication

Une solution est basique lorsque la concentration en ions hydrogène est inférieure à celle des ions hydroxyde. L’égalité caractérise la neutralité, tandis qu’une concentration en ions hydrogène supérieure indique une solution acide.

14. Quelle distinction décrit correctement un acide fort et un acide faible dans l’eau ?

Les deux acides se dissocient complètement, mais à des vitesses différentes.
L’acide fort se dissocie complètement, tandis que l’acide faible se dissocie incomplètement.
L’acide fort se dissocie incomplètement, tandis que l’acide faible se dissocie complètement.
Les deux acides se dissocient incomplètement et forment les mêmes espèces en équilibre.

L’acide fort se dissocie complètement, tandis que l’acide faible se dissocie incomplètement.

Explication

Un acide fort est entièrement dissocié dans l’eau, alors qu’un acide faible conserve simultanément l’acide et sa base conjuguée. La vitesse de réaction ne constitue pas le critère principal de cette distinction.

15. Quel pH obtient-on approximativement avec une solution de HCl à 10−2 mol⋅L−110^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}} ?

Un pH égal à 2, car HCl est un acide fort.
Un pH égal à 4,85, comme un tampon acétate équimolaire.
Un pH égal à 12, car HCl produit des ions chlorure.
Un pH égal à 7, car HCl forme une solution aqueuse.

Un pH égal à 2, car HCl est un acide fort.

Explication

HCl se dissocie complètement et fournit une concentration en ions hydrogène proche de 10−2 mol⋅L−110^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}, d’où un pH de 2. La valeur 4,85 concerne un mélange tampon acide acétique-acétate, pas cette solution d’acide fort.

16. Pour un couple acide/base faible, quelle équation permet de calculer le pH à partir des concentrations des deux espèces ?

pH=pKa+log⁡([Base][Acide])pH=pK_a+\log\left(\frac{[\mathrm{Base}]}{[\mathrm{Acide}] }\right)
pH=pKa+log⁡([Acide][Base])pH=pK_a+\log\left(\frac{[\mathrm{Acide}]}{[\mathrm{Base}] }\right)
pH=pKa−log⁡([Base][Acide])pH=pK_a-\log\left(\frac{[\mathrm{Base}]}{[\mathrm{Acide}] }\right)
pH=Ka+log⁡([Base][Acide])pH=K_a+\log\left(\frac{[\mathrm{Base}]}{[\mathrm{Acide}] }\right)

$$pH=pK_a+\log\left(\frac{[\mathrm{Base}]}{[\mathrm{Acide}] }\right)$$

Explication

La relation de Henderson-Hasselbalch ajoute au pKapK_a le logarithme du rapport base sur acide. Inverser le rapport ou remplacer pKapK_a par KaK_a modifie la relation chimique correcte.

17. Que peut-on affirmer lorsque le pH d’une solution est égal au pKapK_a de son couple acide/base ?

Les concentrations de l’acide et de sa base conjuguée sont égales.
Le couple est entièrement converti en ions hydroxyde.
La concentration de la base conjuguée est dix fois supérieure à celle de l’acide.
La concentration de l’acide est dix fois supérieure à celle de sa base conjuguée.

Les concentrations de l’acide et de sa base conjuguée sont égales.

Explication

À pH=pKapH=pK_a, la relation du couple impose un rapport base sur acide égal à 1, donc des concentrations égales. Un écart d’une unité entre pH et pKapK_a correspondrait plutôt à un rapport de dix entre les deux espèces.

18. Quelle propriété définit une solution tampon ?

Elle contient une concentration élevée en ions hydroxyde avant toute addition.
Son pH varie peu lors de l’ajout modéré d’un acide ou d’une base.
Son pH reste identique à celui de l’eau pure après toute dilution.
Elle transforme intégralement l’acide ajouté en une espèce neutre.

Son pH varie peu lors de l’ajout modéré d’un acide ou d’une base.

Explication

Une solution tampon résiste aux variations de pH provoquées par l’ajout d’une quantité modérée d’acide ou de base. L’eau pure ne possède pas cette capacité comparable, et un tampon ne neutralise pas nécessairement toute substance ajoutée.

19. Quel pH possède un mélange contenant des concentrations égales d’acide acétique et d’acétate, avec Ka=1,41×10−5 mol⋅L−1K_a=1{,}41\times10^{-5}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}} ?

pH=7,00pH=7{,}00
pH=2,00pH=2{,}00
pH=10,15pH=10{,}15
pH=pKa=4,85pH=pK_a=4{,}85

$$pH=pK_a=4{,}85$$

Explication

Lorsque l’acide et sa base conjuguée sont présents à concentrations égales, le rapport base sur acide vaut 1 et le logarithme associé est nul, donc pH=pKa=4,85pH=pK_a=4{,}85. Le pH 2 correspondrait davantage à une solution d’acide fort de concentration 10−2 mol⋅L−110^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}.

20. Dans un tampon acétate, que se passe-t-il après l’ajout de 10−2 mol⋅L−110^{-2}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}} de HCl ?

Les ions hydroxyde consomment l’acide acétique et forment du chlorure.
Les ions hydrogène consomment l’acétate et forment de l’acide acétique.
Les ions hydrogène consomment l’acide acétique et forment de l’acétate.
Les ions chlorure consomment l’acétate et forment de l’eau.

Les ions hydrogène consomment l’acétate et forment de l’acide acétique.

Explication

Les ions hydrogène ajoutés réagissent avec l’acétate, base conjuguée, pour former de l’acide acétique ; les concentrations passent alors à 40×10−340\times10^{-3} et 60×10−3 mol⋅L−160\times10^{-3}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}. Une base ajoutée aurait au contraire consommé l’acide acétique.

21. Après l’ajout de HCl décrit pour le tampon acétate, quelle comparaison des pH est correcte ?

Le tampon passe de 4,85 à 4,67, tandis que l’eau pure passe de 7,00 à 2,00.
Le tampon passe de 7,00 à 4,67, tandis que l’eau pure passe de 4,85 à 2,00.
Le tampon passe de 4,67 à 4,85, tandis que l’eau pure passe de 2,00 à 7,00.
Le tampon passe de 4,85 à 2,00, tandis que l’eau pure passe de 7,00 à 4,67.

Le tampon passe de 4,85 à 4,67, tandis que l’eau pure passe de 7,00 à 2,00.

Explication

Le tampon acétate limite fortement la variation de pH, qui passe de 4,85 à 4,67, alors que l’eau pure subit une baisse beaucoup plus importante jusqu’à 2,00. Cette différence illustre la résistance du tampon à l’ajout d’acide.

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Mémorisez les réponses avec 42 flashcards sur Eau, pH et solutions tampons.

Quels atomes composent la molécule d’eau ?

Deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène.

Quel est l’angle entre les liaisons O–H dans la molécule d’eau ?

104,5°.

Quelle est la charge globale de la molécule d’eau ?

Nulle.

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