QCM : Méthodes physiques d’analyse — 19 questions

Questions et réponses du QCM

1. À quelle grandeur le pH d’une solution est-il lié ?

À la quantité de lumière traversant la solution
À la masse de soluté dissous dans la solution
À la concentration en ions oxonium H₃O⁺
À la concentration massique du solvant utilisé

À la concentration en ions oxonium H₃O⁺

Explication

Le pH est une grandeur sans unité liée à la concentration en ions oxonium H₃O⁺. Il ne mesure pas directement une masse, contrairement à une concentration massique.

2. Quelle expression permet de calculer le pH à partir de la concentration en ions oxonium ?

pH=−log⁡([H3O+]×C0)pH=-\log\left([H_3O^+]\times C^0\right)
pH=−log⁡([H3O+]C0)pH=-\log\left(\frac{[H_3O^+]}{C^0}\right)
pH=log⁡([H3O+]C0)pH=\log\left(\frac{[H_3O^+]}{C^0}\right)
pH=−[H3O+]C0pH=\frac{-[H_3O^+]}{C^0}

$$pH=-\log\left(\frac{[H_3O^+]}{C^0}\right)$$

Explication

Le pH se calcule par le logarithme décimal négatif du rapport entre la concentration en ions oxonium et la concentration de référence. La concentration en ions oxonium possède une unité, tandis que le pH obtenu est sans unité.

3. Une solution possède un pH égal à 3,0. Quelle est sa concentration en ions oxonium, avec C0=1 mol⋅L−1C^0=1\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}} ?

1,0×103 mol⋅L−11,0\times10^{3}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}
3,0×10−1 mol⋅L−13,0\times10^{-1}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}
3,0×101 mol⋅L−13,0\times10^{1}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}
1,0×10−3 mol⋅L−11,0\times10^{-3}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}

$$1,0\times10^{-3}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}$$

Explication

La relation [H3O+]=C0×10−pH[H_3O^+]=C^0\times10^{-pH} donne ici 1×10−3 mol⋅L−11\times10^{-3}\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}. Le pH intervient comme exposant négatif, et non comme coefficient de la concentration.

4. Que se passe-t-il pour la concentration en ions oxonium lorsque le pH d’une solution diminue ?

Elle reste constante.
Elle devient égale à la concentration massique.
Elle augmente.
Elle diminue.

Elle augmente.

Explication

Une diminution du pH correspond à une augmentation de la concentration en ions oxonium. La relation [H3O+]=C0×10−pH[H_3O^+]=C^0\times10^{-pH} montre cette variation inverse.

5. De quoi dépend l’absorbance d’une solution suffisamment diluée contenant un soluté absorbant ?

De la masse totale de la cuve à une température donnée
De la concentration massique du solvant à une pression donnée
De la durée de conservation de la solution dans l’obscurité
De la quantité de lumière absorbée à une longueur d’onde donnée

De la quantité de lumière absorbée à une longueur d’onde donnée

Explication

L’absorbance caractérise la quantité de lumière absorbée par la solution à une longueur d’onde donnée. Elle est sans unité, contrairement à une concentration exprimée en mol·L⁻¹.

6. Pour un seul soluté absorbant, quelle relation traduit la loi de Beer-Lambert ?

A=kCA=kC
A=kCA=\frac{k}{C}
C=kAC=kA
A=k+CA=k+C

$$A=kC$$

Explication

Pour un soluté absorbant dans les conditions considérées, l’absorbance est proportionnelle à la concentration selon A=kCA=kC. La concentration n’est pas une absorbance, même si elle permet de calculer celle-ci par cette relation.

7. Quelle démarche permet de déterminer la concentration d’une solution inconnue par dosage spectrophotométrique par étalonnage ?

Préparer des étalons, tracer A=f(C)A=f(C), mesurer l’inconnue puis lire sa concentration
Préparer plusieurs inconnues, mesurer leurs volumes, puis comparer directement leurs couleurs
Mesurer l’inconnue, préparer un étalon, puis calculer sa masse à partir de sa couleur
Tracer C=f(A)C=f(A) avec l’inconnue, puis utiliser sa masse pour construire la droite

Préparer des étalons, tracer $$A=f(C)$$, mesurer l’inconnue puis lire sa concentration

Explication

La méthode consiste à établir une courbe avec des solutions étalons, puis à reporter l’absorbance de la solution inconnue afin d’en lire la concentration. La solution inconnue n’est pas utilisée pour construire la courbe d’étalonnage.

8. Quelle caractéristique possède la courbe A=f(C)A=f(C) obtenue avec des solutions étalons suffisamment diluées ?

C’est une droite ne passant pas par l’origine.
C’est une droite passant par l’origine.
C’est une courbe constante indépendante de la concentration.
C’est une parabole passant par l’origine.

C’est une droite passant par l’origine.

Explication

Pour des solutions étalons suffisamment diluées, la loi de Beer-Lambert impose une proportionnalité entre A et C, représentée par une droite passant par l’origine. La solution inconnue sert ensuite à obtenir sa concentration par lecture sur cette droite.

9. Quelle grandeur caractérise la capacité d’une solution à conduire le courant grâce au déplacement des ions ?

La résistance du conducteur
La concentration du solvant
La conductivité molaire d’un ion
La conductivité de la solution

La conductivité de la solution

Explication

La conductivité caractérise la conduction électrique de l’ensemble de la solution par ses ions mobiles. La conductivité molaire ionique concerne, elle, un ion donné et non la solution entière.

10. Parmi les paramètres suivants, lesquels influencent la conductivité d’une solution ionique ?

La masse du récipient, le volume et la pression extérieure
La concentration, la nature des ions et la température
La quantité de solvant, sa forme et la taille du bécher
La couleur de la solution, sa masse et son pH

La concentration, la nature des ions et la température

Explication

La conductivité dépend de la concentration en ions, de leur nature et de la température. Les caractéristiques du récipient ou la couleur de la solution ne déterminent pas directement cette grandeur.

11. Dans la loi de Kohlrausch σ=∑i=1nλi[Xi]\sigma=\sum_{i=1}^{n}\lambda_i[X_i], quelle unité convient à la conductivité σ\sigma ?

mol⋅m−3\mathrm{mol\cdot m^{-3}}
mol⋅L−1\mathrm{mol\cdot L^{-1}}
S⋅m−1\mathrm{S\cdot m^{-1}}
S⋅m2⋅mol−1\mathrm{S\cdot m^2\cdot mol^{-1}}

$$\mathrm{S\cdot m^{-1}}$$

Explication

Dans cette loi, la conductivité σ\sigma s’exprime en S⋅m−1\mathrm{S\cdot m^{-1}}. L’unité mol⋅m−3\mathrm{mol\cdot m^{-3}} correspond à la concentration ionique, tandis que S⋅m2⋅mol−1\mathrm{S\cdot m^2\cdot mol^{-1}} correspond à la conductivité molaire ionique.

12. Une solution présente une résistance de 50 Ω50\ \Omega. Quelle est sa conductance ?

2,0 S2,0\ \mathrm{S}
50 S50\ \mathrm{S}
0,020 S0,020\ \mathrm{S}
0,50 S0,50\ \mathrm{S}

$$0,020\ \mathrm{S}$$

Explication

La conductance est l’inverse de la résistance : G=1R=150=0,020 SG=\frac{1}{R}=\frac{1}{50}=0,020\ \mathrm{S}. Une valeur de 50 S50\ \mathrm{S} correspondrait à une inversion de la relation.

13. Lors d’un dosage conductimétrique par étalonnage, quelle démarche permet de déterminer la concentration d’une solution inconnue ?

Mesurer sa température puis la reporter sur la courbe T=f(C)T=f(C) établie avec des étalons
Mesurer son absorbance puis la reporter sur la courbe A=f(C)A=f(C) établie avec des étalons
Mesurer son volume puis le comparer au volume des solutions étalons
Mesurer sa conductivité puis la reporter sur la courbe σ=f(C)\sigma=f(C) établie avec des étalons

Mesurer sa conductivité puis la reporter sur la courbe $$\sigma=f(C)$$ établie avec des étalons

Explication

Le dosage conductimétrique repose sur une courbe d’étalonnage reliant la conductivité, ou la conductance, à la concentration. La courbe A=f(C)A=f(C) appartient au dosage spectrophotométrique et ne correspond pas à la grandeur mesurée ici.

14. Pour des solutions étalons diluées contenant un seul soluté ionique, quelle forme prennent généralement les courbes d’étalonnage conductimétrique ?

Des paraboles ayant un maximum
Des droites horizontales à concentration variable
Des droites passant par l’origine
Des hyperboles ne passant pas par l’origine

Des droites passant par l’origine

Explication

Dans ces conditions, la conductivité et la conductance sont proportionnelles à la concentration, donc les courbes σ=f(C)\sigma=f(C) et G=f(C)G=f(C) sont des droites passant par l’origine. Une courbe horizontale traduirait une grandeur indépendante de la concentration.

15. Dans l’équation des gaz parfaits PV=nRTPV=nRT, quelles unités doivent être utilisées pour la pression et la température ?

La pression en atmosphères et la température en degrés Fahrenheit
La pression en pascals et la température en degrés Celsius
La pression en bars et la température en degrés Celsius
La pression en pascals et la température en kelvins

La pression en pascals et la température en kelvins

Explication

Avec la constante R=8,314 J⋅mol−1⋅K−1R=8,314\ \mathrm{J\cdot mol^{-1}\cdot K^{-1}}, la pression doit être exprimée en pascals et la température en kelvins. Utiliser des degrés Celsius ou une autre unité de pression sans conversion rend l’application de la relation incohérente.

16. Un échantillon gazeux occupe un volume VV à la pression PP et à la température TT. Quelle expression donne sa quantité de matière ?

n=PVRTn=\frac{P}{VRT}
n=RTPVn=\frac{RT}{PV}
n=RTVPn=\frac{RTV}{P}
n=PVRTn=\frac{PV}{RT}

$$n=\frac{PV}{RT}$$

Explication

En isolant nn dans PV=nRTPV=nRT, on obtient n=PVRTn=\frac{PV}{RT}. L’expression RTPV\frac{RT}{PV} est son inverse et ne représente pas une quantité de matière.

17. Dans quelle situation un gaz peut-il être assimilé à un gaz parfait ?

Lorsque sa température est exprimée en degrés Celsius et son volume constant
Lorsque sa pression est très basse, notamment si P<5×105 PaP<5\times10^5\ \mathrm{Pa}
Lorsque ses particules sont fortement en interaction dans un volume réduit
Lorsque sa pression est très élevée et que ses particules sont rapprochées

Lorsque sa pression est très basse, notamment si $$P<5\times10^5\ \mathrm{Pa}$$

Explication

À très basse pression, les particules sont suffisamment éloignées pour que leurs interactions deviennent négligeables, ce qui justifie le modèle du gaz parfait. Une forte pression rapproche les particules et rend ce modèle moins pertinent.

18. Comment un spectre infrarouge peut-il être utilisé pour identifier une espèce chimique ou un groupe caractéristique ?

En déterminant la masse molaire à partir de sa couleur
En comparant ses bandes à celles de tableaux de référence
En repérant l’intensité lumineuse absorbée par une solution colorée
En mesurant les variations d’un pigment au cours du temps

En comparant ses bandes à celles de tableaux de référence

Explication

Les bandes caractéristiques d’un spectre infrarouge peuvent être comparées à des tableaux de référence afin d’identifier une espèce ou un groupe chimique. Le suivi des variations d’un pigment relève plutôt de la spectroscopie UV-visible.

19. Quelle utilisation correspond à l’exploitation d’un spectre ultraviolet-visible ?

Suivre les variations d’un pigment au cours d’une expérience
Déduire la structure cristalline d’un solide à partir de sa couleur
Comparer les vibrations moléculaires à un tableau de référence
Identifier un groupe caractéristique grâce à des bandes infrarouges

Suivre les variations d’un pigment au cours d’une expérience

Explication

Un spectre ultraviolet-visible permet de suivre les variations d’un pigment par spectroscopie UV-visible. L’identification à l’aide de bandes caractéristiques et de tableaux de référence correspond plutôt à l’analyse infrarouge.

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Qu'est-ce que le pH en chimie des solutions ?

Le pH est une grandeur sans unité liée à la concentration en ions oxonium H₃O⁺.

Quelle est la formule du pH en fonction de [H₃O⁺] ?

pH=−log⁡([H3O+]C0)pH=-\log\left(\frac{[H_3O^+]}{C^0}\right) avec C0=1 mol⋅L−1C^0=1\ \mathrm{mol\cdot L^{-1}}.

Comment calcule-t-on la concentration en ions oxonium à partir du pH ?

[H3O+]=C0×10−pH[H_3O^+]=C^0\times10^{-pH}.

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