QCM : Eau, pH et solutions tampons — 17 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle est la composition atomique et le type de liaison au sein d’une molécule d’eau ?

Trois atomes d’hydrogène unis à un atome d’oxygène par des liaisons métalliques
Deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène unis par des liaisons covalentes
Un atome d’hydrogène et deux atomes d’oxygène unis par des liaisons hydrogène
Deux atomes d’oxygène et un atome d’hydrogène unis par des liaisons ioniques

Deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène unis par des liaisons covalentes

Explication

Une molécule d’eau contient deux hydrogènes et un oxygène, dont les atomes sont reliés par des liaisons covalentes. Les liaisons hydrogène concernent plutôt les interactions entre molécules d’eau, et non leur composition interne.

2. Quelle description rend compte de la polarité électrique globale d’une molécule d’eau ?

Elle est globalement neutre, avec une charge partielle négative sur l’oxygène et positive sur chaque hydrogène
Elle porte une charge globale positive, car les deux hydrogènes dominent la répartition électronique
Elle porte une charge globale négative, car l’oxygène possède une charge entière négative
Elle est dépourvue de charges partielles, puisque ses charges globales se compensent

Elle est globalement neutre, avec une charge partielle négative sur l’oxygène et positive sur chaque hydrogène

Explication

La molécule d’eau a une charge totale nulle, mais ses charges sont réparties de manière inégale : l’oxygène est partiellement négatif et les hydrogènes partiellement positifs. La neutralité globale n’implique donc pas l’absence de charges partielles.

3. Quelle interaction décrit correctement une liaison hydrogène entre deux molécules ?

Une répulsion entre deux régions portant des charges partielles de même signe
Une attraction électrostatique entre une charge positive et une charge négative, favorisée par une différence d’électronégativité
Un partage direct d’électrons entre deux atomes au sein d’une même molécule
Une attraction entre deux noyaux atomiques dépourvus de toute différence électronique

Une attraction électrostatique entre une charge positive et une charge négative, favorisée par une différence d’électronégativité

Explication

La liaison hydrogène est une interaction électrostatique entre régions de charges opposées, rendue possible par une différence d’électronégativité. Elle se distingue d’une liaison covalente, qui repose sur le partage d’électrons.

4. Comment les liaisons hydrogène se distinguent-elles selon l’état physique de l’eau ?

La glace forme un réseau stable de quatre liaisons par molécule, l’eau liquide en possède moins et la vapeur n’a pas d’interactions intermoléculaires
La glace et l’eau liquide forment le même réseau stable, tandis que la vapeur renforce les interactions entre molécules
La glace ne forme pas de réseau, l’eau liquide possède quatre liaisons stables et la vapeur devient un réseau cristallin
La glace possède des liaisons transitoires, l’eau liquide forme un réseau fixe et la vapeur conserve quatre liaisons par molécule

La glace forme un réseau stable de quatre liaisons par molécule, l’eau liquide en possède moins et la vapeur n’a pas d’interactions intermoléculaires

Explication

Dans la glace, quatre liaisons hydrogène stables organisent un réseau cristallin ; dans l’eau liquide, elles sont moins nombreuses et temporaires, tandis que la vapeur ne présente pas d’interactions intermoléculaires. La distinction repose donc sur la stabilité et la présence du réseau.

5. Quelle propriété distingue une molécule hydrophile d’une molécule hydrophobe dans l’eau ?

Une molécule hydrophile forme des liaisons hydrogène avec l’eau et tend à s’y dissoudre, contrairement à une molécule hydrophobe
Une molécule hydrophile se dissout grâce à des liaisons covalentes, tandis qu’une molécule hydrophobe devient toujours ionique
Une molécule hydrophile évite les interactions avec l’eau, tandis qu’une molécule hydrophobe forme facilement des liaisons hydrogène
Une molécule hydrophile et une molécule hydrophobe forment des interactions équivalentes avec l’eau, mais changent de couleur

Une molécule hydrophile forme des liaisons hydrogène avec l’eau et tend à s’y dissoudre, contrairement à une molécule hydrophobe

Explication

Les molécules hydrophiles interagissent efficacement avec l’eau par des liaisons hydrogène et tendent à y être solubles. Les molécules hydrophobes établissent peu de telles interactions et tendent donc à s’exclure de l’eau.

6. Comment l’eau dissout-elle un cristal ionique tel que le chlorure de sodium ?

Elle transforme les ions en molécules covalentes avant de les disperser dans la solution
Elle entoure les ions de charges opposées et réduit leurs attractions électrostatiques dans le cristal
Elle rapproche les ions de même charge afin de rompre les liaisons entre les molécules d’eau
Elle neutralise chaque ion en supprimant complètement sa charge électrique dans la solution

Elle entoure les ions de charges opposées et réduit leurs attractions électrostatiques dans le cristal

Explication

Les molécules d’eau orientent leurs pôles vers les ions de charges opposées, ce qui diminue les attractions électrostatiques qui maintiennent le cristal. L’eau ne transforme pas les ions en molécules covalentes et ne supprime pas leur charge.

7. Quelle équation représente l’auto-ionisation de l’eau et la relation associée à son produit ionique ?

2H2O⇌H2++O2−2H_2O \rightleftharpoons H_2^+ + O^{2-} et Ke=[H2+][O2−]=10−14 (mol/L)2K_e=[H_2^+][O^{2-}]=10^{-14}\ (mol/L)^2
H2O→H++OH−H_2O \rightarrow H^+ + OH^- et Ke=[H+]+[OH−]=10−7 mol/LK_e=[H^+]+[OH^-]=10^{-7}\ mol/L
H2O+OH−⇌H3O+H_2O+OH^- \rightleftharpoons H_3O^+ et Ke=[H3O+][H2O]=10−14 (mol/L)2K_e=[H_3O^+][H_2O]=10^{-14}\ (mol/L)^2
2H2O⇌H3O++OH−2H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + OH^- et Ke=[H+][OH−]=10−14 (mol/L)2K_e=[H^+][OH^-]=10^{-14}\ (mol/L)^2

$$2H_2O \rightleftharpoons H_3O^+ + OH^-$$ et $$K_e=[H^+][OH^-]=10^{-14}\ (mol/L)^2$$

Explication

L’eau s’auto-ionise selon une réaction réversible produisant des ions hydronium et hydroxyde, dont le produit des concentrations vaut 10−14 (mol/L)210^{-14}\ (mol/L)^2. La somme des concentrations ou l’emploi d’espèces ioniques incorrectes ne définit pas le produit ionique de l’eau.

8. Quelles sont les concentrations des ions hydrogène et hydroxyde dans l’eau pure à température usuelle ?

[H+]=10−7 mol/L[H^+]=10^{-7}\ mol/L et [OH−]=10−14 mol/L[OH^-]=10^{-14}\ mol/L
[H+]=10−14 mol/L[H^+]=10^{-14}\ mol/L et [OH−]=10−7 mol/L[OH^-]=10^{-7}\ mol/L
[H+]=[OH−]=10−7 mol/L[H^+]=[OH^-]=10^{-7}\ mol/L
[H+]=[OH−]=10−1 mol/L[H^+]=[OH^-]=10^{-1}\ mol/L

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

Explication

Dans l’eau pure, l’égalité des concentrations ioniques et la valeur de chacune sont 10−7 mol/L10^{-7}\ mol/L. Une solution neutre se caractérise par cette égalité, et non par une concentration d’hydroxyde différente de celle des ions hydrogène.

9. Quelle est la concentration en ions hydrogène d’une solution dont le pH vaut 3 ?

10−7 mol/L10^{-7}\ mol/L
10−3 mol/L10^{-3}\ mol/L
103 mol/L10^{3}\ mol/L
3 mol/L3\ mol/L

$$10^{-3}\ mol/L$$

Explication

La définition pH=−log⁡10[H+]pH=-\log_{10}[H^+] donne la relation inverse [H+]=10−pH[H^+]=10^{-pH}, donc un pH de 3 correspond à 10−3 mol/L10^{-3}\ mol/L. La valeur 3 est le pH lui-même et non une concentration, tandis que les autres puissances ne correspondent pas à ce calcul.

10. Une solution présente une concentration en ions hydrogène supérieure à celle en ions hydroxyde. Comment est-elle classée ?

Neutre
Tamponnée
Acide
Basique

Acide

Explication

Une solution est acide lorsque [H+]>[OH−][H^+]>[OH^-]. L’égalité caractérise une solution neutre, tandis qu’une concentration en ions hydrogène plus faible indique une solution basique.

11. Quelle différence décrit correctement le comportement d’un acide fort et celui d’un acide faible dans l’eau ?

L’acide fort se dissocie complètement, tandis que l’acide faible établit un équilibre entre ses formes
Les deux acides se dissocient complètement, mais leurs concentrations initiales diffèrent
L’acide fort établit un équilibre, tandis que l’acide faible se dissocie complètement
Les deux acides établissent un équilibre, mais leurs valeurs de pH sont identiques

L’acide fort se dissocie complètement, tandis que l’acide faible établit un équilibre entre ses formes

Explication

Un acide fort est entièrement dissocié dans l’eau, alors qu’un acide faible conserve simultanément les formes acide et basique dans un équilibre. L’inversion de ces comportements constitue la confusion principale entre les deux catégories.

12. Pour un couple acide/base, quelle expression permet de calculer le pH à partir du pKa et des concentrations des deux formes ?

pH=pKa+log⁡[Base][Acide]pH=pK_a+\log\frac{[Base]}{[Acide]}
pH=−pKa+log⁡[Base][Acide]pH=-pK_a+\log\frac{[Base]}{[Acide]}
pH=pKa+log⁡[Acide][Base]pH=pK_a+\log\frac{[Acide]}{[Base]}
pH=pKa×log⁡[Base][Acide]pH=pK_a\times\log\frac{[Base]}{[Acide]}

$$pH=pK_a+\log\frac{[Base]}{[Acide]}$$

Explication

L’équation de Henderson–Hasselbalch relie le pH au pKa et au logarithme du rapport base conjuguée sur acide. Inverser le rapport ou remplacer l’addition par une soustraction ou une multiplication modifie cette relation.

13. Que représente le pKa d’un couple acide/base ?

Le pH auquel l’acide est entièrement dissocié en ions
La concentration d’acide nécessaire pour neutraliser toute la base
La valeur du pH correspondant à la concentration maximale en ions hydroxyde
Le pH pour lequel l’acide et sa base conjuguée ont des concentrations égales

Le pH pour lequel l’acide et sa base conjuguée ont des concentrations égales

Explication

Lorsque [Base]=[Acide][Base]=[Acide], le rapport de Henderson–Hasselbalch vaut 1 et le pH est égal au pKa. Cette valeur ne désigne ni une dissociation complète ni une concentration de réactif.

14. Quelle propriété définit une solution tampon ?

Elle contient une concentration élevée d’ions hydroxyde qui neutralisent les acides
Son pH varie peu lors de l’ajout d’une quantité modérée d’acide ou de base
Son pH reste égal à 7 après toute addition d’acide ou de base
Elle est constituée d’eau pure dont l’auto-ionisation stabilise le pH

Son pH varie peu lors de l’ajout d’une quantité modérée d’acide ou de base

Explication

Une solution tampon limite les variations de pH lors de l’ajout d’un acide ou d’une base. L’eau pure ne possède pas cette capacité de stabilisation comparable, et un tampon n’est pas défini par un pH nécessairement neutre.

15. Dans un tampon acide acétique/acétate contenant initialement 50×10−3 mol⋅L−150\times10^{-3}\ mol\cdot L^{-1} de chaque espèce, quel est le pH ?

pH=7,00pH=7,00, car les deux espèces sont présentes
pH=2,00pH=2,00, égal à la concentration initiale en acide
pH=9,70pH=9,70, obtenu en additionnant les deux concentrations
pH=4,85pH=4,85, égal au pKapK_a du couple

$$pH=4,85$$, égal au $$pK_a$$ du couple

Explication

Les concentrations initiales de l’acide acétique et de l’acétate étant égales, l’équation de Henderson–Hasselbalch donne pH=pKa=4,85pH=pK_a=4,85. La présence de deux espèces conjuguées ne rend pas automatiquement le tampon neutre.

16. Après l’ajout de 10−2 mol⋅L−110^{-2}\ mol\cdot L^{-1} de HCl au tampon acide acétique/acétate décrit, quelles valeurs sont obtenues ?

[Aceˊtate]=60×10−3 mol⋅L−1[Acétate]=60\times10^{-3}\ mol\cdot L^{-1}, [Acide]=40×10−3 mol⋅L−1[Acide]=40\times10^{-3}\ mol\cdot L^{-1} et pH=5,03pH=5,03
[Aceˊtate]=10×10−3 mol⋅L−1[Acétate]=10\times10^{-3}\ mol\cdot L^{-1}, [Acide]=90×10−3 mol⋅L−1[Acide]=90\times10^{-3}\ mol\cdot L^{-1} et pH=2,00pH=2,00
[Aceˊtate]=40×10−3 mol⋅L−1[Acétate]=40\times10^{-3}\ mol\cdot L^{-1}, [Acide]=60×10−3 mol⋅L−1[Acide]=60\times10^{-3}\ mol\cdot L^{-1} et pH=4,67pH=4,67
[Aceˊtate]=50×10−3 mol⋅L−1[Acétate]=50\times10^{-3}\ mol\cdot L^{-1}, [Acide]=50×10−3 mol⋅L−1[Acide]=50\times10^{-3}\ mol\cdot L^{-1} et pH=4,85pH=4,85

$$[Acétate]=40\times10^{-3}\ mol\cdot L^{-1}$$, $$[Acide]=60\times10^{-3}\ mol\cdot L^{-1}$$ et $$pH=4,67$$

Explication

Les ions HCl consomment une partie de l’acétate et forment de l’acide acétique : les concentrations deviennent respectivement 40×10−340\times10^{-3} et 60×10−3 mol⋅L−160\times10^{-3}\ mol\cdot L^{-1}, ce qui conduit à un pH de 4,67. Le maintien des concentrations initiales ne tient pas compte de la réaction avec l’acide ajouté.

17. Dans quelle situation l’effet tampon est-il le plus important pour un couple acide/base donné ?

Lorsque la solution ne contient que la forme acide du couple
Lorsque le pH de la solution est très inférieur au pKa du couple
Lorsque le pH de la solution est très supérieur au pKa du couple
Lorsque le pH de la solution est proche du pKa du couple

Lorsque le pH de la solution est proche du pKa du couple

Explication

Le pouvoir tampon est maximal lorsque les formes acide et basique sont présentes dans des proportions comparables, ce qui correspond à un pH proche du pKa. Un écart important au pKa déséquilibre ces formes et réduit la stabilisation du pH.

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Mémorisez les réponses avec 39 flashcards sur Eau, pH et solutions tampons.

De quoi est constituée la molécule d’eau ?

Deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène liés par des liaisons covalentes.

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

104,5°.

Quelle charge globale possède la molécule d’eau ?

Une charge globale nulle.

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