QCM : Réactions de complexation aqueuse — 28 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle équation représente la formation globale d’un complexe à partir d’un métal et de ligands ?

[MLn]⇌M+nL[ML_n]\rightleftharpoons M+nL
M+L⇌[MLn]M+L\rightleftharpoons[ML_n]
nM+L⇌[MLn]nM+L\rightleftharpoons[ML_n]
M+nL⇌[MLn]M+nL\rightleftharpoons[ML_n]

$$M+nL\rightleftharpoons[ML_n]$$

Explication

La formation globale met en jeu un métal et nn ligands dans le bilan : M+nL⇌[MLn]M+nL\rightleftharpoons[ML_n]. Une équation avec un seul ligand décrit plutôt une étape élémentaire ou successive, pas le bilan global lorsque nn ligands sont incorporés.

2. Pour deux complexes successifs, quelle équation donne la relation de prédominance en fonction de pLpL ?

pL=pKfi+log⁡[MLi][MLi−1]pL=pK_{fi}+\log\frac{[ML_i]}{[ML_{i-1}]} avec pL=−log⁡[L]pL=-\log[L]
pL=pKdi+log⁡[MLi][MLi−1]pL=pK_{di}+\log\frac{[ML_i]}{[ML_{i-1}]} avec pL=−log⁡[L]pL=-\log[L]
pL=pKdi+log⁡[MLi−1][MLi]pL=pK_{di}+\log\frac{[ML_{i-1}]}{[ML_i]} avec pL=log⁡[L]pL=\log[L]
pL=pKfi+log⁡[MLi−1][MLi]pL=pK_{fi}+\log\frac{[ML_{i-1}]}{[ML_i]} avec pL=log⁡[L]pL=\log[L]

$$pL=pK_{di}+\log\frac{[ML_i]}{[ML_{i-1}]}$$ avec $$pL=-\log[L]$$

Explication

La relation utilise la constante de dissociation successive et le rapport entre le complexe supérieur et le complexe précédent, avec pL=−log⁡[L]pL=-\log[L]. Inverser le rapport ou remplacer pKdipK_{di} par pKfipK_{fi} change la relation de frontière.

3. Quelle distinction permet d’éviter de confondre les constantes globales et les constantes successives de complexation ?

KfiK_{fi} et KdiK_{di} sont globales, tandis que βn\beta_n et KdK_d décrivent une étape successive
βn\beta_n et KdK_d sont globales, tandis que KfiK_{fi} et KdiK_{di} décrivent une étape successive
βn\beta_n et KfiK_{fi} sont globales, tandis que KdK_d et KdiK_{di} décrivent une étape successive
KdK_d et KdiK_{di} sont globales, tandis que βn\beta_n et KfiK_{fi} décrivent une étape successive

$$\beta_n$$ et $$K_d$$ sont globales, tandis que $$K_{fi}$$ et $$K_{di}$$ décrivent une étape successive

Explication

Les constantes βn\beta_n et KdK_d caractérisent le bilan global de formation ou de dissociation, alors que KfiK_{fi} et KdiK_{di} correspondent à une étape successive. Confondre KfiK_{fi} avec une constante globale inverse cette distinction entre bilan total et étape élémentaire.

4. Un métal de nombre d’oxydation +3+3 est lié à deux ligands de charge −1-1 chacun. Quelle est la charge du complexe ?

+5+5
−1-1
+3+3
+1+1

$$+1$$

Explication

La charge globale se calcule en tenant compte du métal et des charges des ligands : q=3−∣2×(−1)∣=+1q=3-|2\times(-1)|=+1. Confondre cette charge avec le nombre d’oxydation du métal conduirait à choisir +3+3.

5. Pour l’échange de ligand M+[ML2]⇌[ML]+[ML]M+[ML_2]\rightleftharpoons[ML]+[ML], quelle expression donne la constante d’équilibre ?

Keq=Kd2Kd1K_{eq}=\frac{K_{d2}}{K_{d1}}
Keq=Kd1×Kd2K_{eq}=K_{d1}\times K_{d2}
Keq=Kd1+Kd2K_{eq}=K_{d1}+K_{d2}
Keq=Kd1Kd2K_{eq}=\frac{K_{d1}}{K_{d2}}

$$K_{eq}=\frac{K_{d2}}{K_{d1}}$$

Explication

La constante de cet échange est le rapport de la deuxième constante de dissociation à la première, soit Keq=Kd2Kd1K_{eq}=\frac{K_{d2}}{K_{d1}}. Le rapport inverse correspondrait à la réaction opposée, tandis qu’une somme ou un produit ne décrivent pas cette relation.

6. Un complexe possède une charge q=−2q=-2 et contient trois ligands de charge −1-1 chacun. Quel est le nombre d’oxydation du métal ?

+5+5
−5-5
−2-2
+1+1

$$+1$$

Explication

Le nombre d’oxydation vérifie n.o.=q+∣xz∣n.o.=q+|xz|, donc n.o.=−2+∣3×(−1)∣=+1n.o.=-2+|3\times(-1)|=+1. La charge du complexe ne donne pas directement le nombre d’oxydation, car il faut aussi intégrer les charges des ligands.

7. Quelle relation entre deux constantes de dissociation successives indique qu’un complexe est stable ?

pKdi>pKd(i−1)pK_{di}>pK_{d(i-1)}
pKdi=0pK_{di}=0
pKdi<pKd(i−1)pK_{di}<pK_{d(i-1)}
pKdi=pKd(i−1)pK_{di}=pK_{d(i-1)}

$$pK_{di}<pK_{d(i-1)}$$

Explication

Un complexe est stable lorsque la valeur de pKdipK_{di} est inférieure à celle de pKd(i−1)pK_{d(i-1)}. L’inégalité inverse traduit une instabilité, et l’égalité ne permet pas de conclure à la stabilité selon cette règle.

8. Dans le couple accepteur-donneur M/MLnM/ML_n, quelle espèce joue le rôle d’accepteur de ligands ?

L’ensemble des ligands liés dans MLnML_n
Le ligand libre LL
Le complexe MLnML_n
L’ion métallique MM

L’ion métallique $$M$$

Explication

Dans le couple M/MLnM/ML_n, l’ion métallique MM accepte les ligands pour former le complexe. Le complexe MLnML_n est considéré comme leur donneur dans le couple, et non comme l’accepteur.

9. Dans la même réaction, quelle situation correspond à n>n0n>n_0 ?

Les deux ions sont limitants, [[CaY]2−]=n+n0V[[CaY]^{2-}]=\frac{n+n_0}{V}, puis l’équilibre devient inutile
Ca2+Ca^{2+} est en excès, [[CaY]2−]=n−n0V[[CaY]^{2-}]=\frac{n-n_0}{V}, puis cette différence donne les concentrations finales
Y4−Y^{4-} est limitant, [[CaY]2−]=nV[[CaY]^{2-}]=\frac{n}{V}, puis les espèces résiduelles sont calculées avec β1\beta_1
Ca2+Ca^{2+} est limitant, [[CaY]2−]=n0V[[CaY]^{2-}]=\frac{n_0}{V}, puis les espèces résiduelles sont calculées avec β1\beta_1

$$Ca^{2+}$$ est limitant, $$[[CaY]^{2-}]=\frac{n_0}{V}$$, puis les espèces résiduelles sont calculées avec $$\beta_1$$

Explication

Si n>n0n>n_0, la quantité initiale de calcium est la plus faible : Ca2+Ca^{2+} est donc limitant et la concentration du complexe vaut approximativement n0/Vn_0/V. Les concentrations résiduelles doivent ensuite être déterminées à l’aide de la constante globale β1\beta_1, et non par une différence seule.

10. Quelle propriété permet à une espèce chimique de jouer le rôle de ligand ?

Elle forme une liaison avec le métal en utilisant un électron célibataire
Elle accepte les doublets électroniques fournis par le centre métallique
Elle possède au moins un doublet d’électrons libre pouvant être donné au métal
Elle porte nécessairement une charge négative et plusieurs atomes donneurs

Elle possède au moins un doublet d’électrons libre pouvant être donné au métal

Explication

Un ligand possède au moins un doublet d’électrons libre susceptible d’être donné au centre métallique. Le métal central est au contraire l’accepteur de ce doublet, et un ligand peut aussi être neutre.

11. Dans quelle situation un complexe entre un métal M et un ligand L peut-il être dissocié par compétition chimique ?

Lorsqu’un acide AH diminue la protonation du ligand L dans le milieu
Lorsqu’un ion M′ forme avec L un complexe moins stable que celui formé avec M
Lorsqu’un ligand L′ forme avec M un complexe plus stable que celui formé avec L
Lorsqu’un ligand L′ forme avec M un complexe moins stable que celui formé avec L

Lorsqu’un ligand L′ forme avec M un complexe plus stable que celui formé avec L

Explication

La dissociation est favorisée si L′ capture M avec une stabilité supérieure, si M′ s’associe plus fortement à L ou si AH protonne L. L’option concernant un complexe moins stable ne fournit pas une force de compétition suffisante pour déplacer l’équilibre.

12. Quelle terminaison prend le nom du métal dans un complexe anionique ?

La terminaison « -ique »
La terminaison « -ium »
La terminaison « -ure »
La terminaison « -ate »

La terminaison « -ate »

Explication

Dans un complexe anionique, le nom de l’élément métallique prend la terminaison « -ate ». Un complexe neutre ou cationique conserve en revanche le nom usuel du métal.

13. Quelle relation relie la constante de dissociation successive KdiK_{di} à la constante de formation successive KfiK_{fi} ?

Kdi=[M][L]i[MLi]=KfiK_{di}=\frac{[M][L]^i}{[ML_i]}=K_{fi}
Kdi=[MLi−1][L][MLi]=1KfiK_{di}=\frac{[ML_{i-1}][L]}{[ML_i]}=\frac{1}{K_{fi}}
Kdi=[MLi][M][L]i=1KfiK_{di}=\frac{[ML_i]}{[M][L]^i}=\frac{1}{K_{fi}}
Kdi=[MLi][MLi−1][L]=KfiK_{di}=\frac{[ML_i]}{[ML_{i-1}][L]}=K_{fi}

$$K_{di}=\frac{[ML_{i-1}][L]}{[ML_i]}=\frac{1}{K_{fi}}$$

Explication

La dissociation successive décrit le retour de MLiML_i vers MLi−1ML_{i-1} et LL, ce qui inverse le rapport de formation. Elle est donc égale à l’inverse de KfiK_{fi}.

14. Comment calcule-t-on la constante globale de formation à partir des constantes successives ?

βn=∏i=1nKfi\beta_n=\prod_{i=1}^{n}K_{fi} et log⁡βn=∑i=1nlog⁡Kfi\log\beta_n=\sum_{i=1}^{n}\log K_{fi}
βn=∏i=1nKdi\beta_n=\prod_{i=1}^{n}K_{di} et log⁡βn=∑i=1nlog⁡Kdi\log\beta_n=\sum_{i=1}^{n}\log K_{di}
βn=Kf1−Kf2+⋯+Kfn\beta_n=K_{f1}-K_{f2}+\cdots+K_{fn} et log⁡βn=log⁡Kfn\log\beta_n=\log K_{fn}
βn=∑i=1nKfi\beta_n=\sum_{i=1}^{n}K_{fi} et log⁡βn=∏i=1nlog⁡Kfi\log\beta_n=\prod_{i=1}^{n}\log K_{fi}

$$\beta_n=\prod_{i=1}^{n}K_{fi}$$ et $$\log\beta_n=\sum_{i=1}^{n}\log K_{fi}$$

Explication

La formation globale résulte de l’enchaînement de toutes les étapes, donc les constantes successives se multiplient. La propriété du logarithme transforme ce produit en une somme des logarithmes.

15. Quelle séquence décrit correctement la formation successive d’un complexe par coordination de ligands ?

M+L⇌[ML2]M+L\rightleftharpoons[ML_2], puis [ML2]+M⇌[ML3][ML_2]+M\rightleftharpoons[ML_3], puis [MLi]+L⇌[MLi−1][ML_i]+L\rightleftharpoons[ML_{i-1}]
M+L⇌[ML]M+L\rightleftharpoons[ML], puis [ML]+L⇌[ML2][ML]+L\rightleftharpoons[ML_2], puis [MLi−1]+L⇌[MLi][ML_{i-1}]+L\rightleftharpoons[ML_i]
M+nL⇌[MLn]M+nL\rightleftharpoons[ML_n], puis [MLn]+L⇌[MLn+1][ML_n]+L\rightleftharpoons[ML_{n+1}], puis M+L⇌[ML]M+L\rightleftharpoons[ML]
M+L⇌[ML]M+L\rightleftharpoons[ML], puis [ML]+M⇌[M2L][ML]+M\rightleftharpoons[M_2L], puis [Mi−1L]+L⇌[MiL][M_{i-1}L]+L\rightleftharpoons[M_iL]

$$M+L\rightleftharpoons[ML]$$, puis $$[ML]+L\rightleftharpoons[ML_2]$$, puis $$[ML_{i-1}]+L\rightleftharpoons[ML_i]$$

Explication

Chaque étape successive ajoute un ligand au complexe formé à l’étape précédente. Cette description étape par étape se distingue de βn\beta_n, qui caractérise la formation globale entre le métal libre et le complexe final.

16. Pourquoi la complexation d’un ligand L peut-elle être moins favorable en milieu acide ?

Parce que L libère un proton et devient automatiquement un ligand plus fort
Parce que l’acidité transforme le métal en une espèce sans charge complexante
Parce que la protonation de L augmente directement la concentration de son doublet libre
Parce que L peut fixer un proton et être converti en LHLH

Parce que L peut fixer un proton et être converti en $$LH$$

Explication

Un ligand possédant un doublet non liant peut être protoné en LHLH, ce qui entre en concurrence avec sa coordination au métal. La protonation ne libère pas le doublet disponible et ne rend donc pas directement la complexation plus favorable.

17. Quelle relation décrit la dissociation globale de MLnML_n et sa constante thermodynamique ?

[MLn]⇌M+L[ML_n]\rightleftharpoons M+L et Kd=1βnK_d=\frac{1}{\beta_n}
[MLn]⇌M+nL[ML_n]\rightleftharpoons M+nL et Kd=1βnK_d=\frac{1}{\beta_n}
[MLn]⇌nM+L[ML_n]\rightleftharpoons nM+L et Kd=βn−nK_d=\beta_n^{-n}
M+nL⇌[MLn]M+nL\rightleftharpoons[ML_n] et Kd=βnK_d=\beta_n

$$[ML_n]\rightleftharpoons M+nL$$ et $$K_d=\frac{1}{\beta_n}$$

Explication

La dissociation globale libère un métal et nn ligands, et sa constante est l’inverse de la constante globale de formation. Les autres expressions modifient soit la stœchiométrie, soit le lien entre formation et dissociation.

18. Que signifie la condition pL=pKdipL=pK_{di} pour le couple MLi/MLi−1ML_i/ML_{i-1} ?

Le complexe MLi−1ML_{i-1} a une concentration dix fois supérieure.
Les deux complexes ont des concentrations égales.
Le complexe MLiML_i a une concentration dix fois supérieure.
Les deux complexes ont des concentrations nulles.

Les deux complexes ont des concentrations égales.

Explication

À la frontière de prédominance, le rapport [MLi]/[MLi−1][ML_i]/[ML_{i-1}] vaut 1, ce qui signifie que les deux concentrations sont égales. Un rapport de 10 correspondrait à un domaine de majorité, et non à la frontière.

19. Comment écrit-on correctement la formule d’un complexe chargé ?

La formule est placée entre parenthèses et la charge figure entre les symboles
La formule est placée entre crochets et la charge est intégrée après chaque ligand
La formule est écrite sans délimiteurs et la charge est portée par le métal
La formule est placée entre crochets et la charge figure à l’extérieur

La formule est placée entre crochets et la charge figure à l’extérieur

Explication

La formule d’un complexe est écrite entre crochets, tandis que sa charge éventuelle est placée à l’extérieur. Les ligands restent donc à l’intérieur des crochets et ne portent pas à eux seuls la charge globale.

20. Pour l’étape [MLi−1]+L⇌[MLi][ML_{i-1}]+L\rightleftharpoons[ML_i], quelle expression correspond à KfiK_{fi} ?

Kfi=[MLi][M][L]iK_{fi}=\frac{[ML_i]}{[M][L]^i}
Kfi=[MLi][MLi−1][L]K_{fi}=\frac{[ML_i]}{[ML_{i-1}][L]}
Kfi=[M][L]i[MLi]K_{fi}=\frac{[M][L]^i}{[ML_i]}
Kfi=[MLi−1][L][MLi]K_{fi}=\frac{[ML_{i-1}][L]}{[ML_i]}

$$K_{fi}=\frac{[ML_i]}{[ML_{i-1}][L]}$$

Explication

La constante successive de formation rapporte la concentration du complexe obtenu à celles du complexe précédent et du ligand ajouté. L’expression inverse correspond à la dissociation successive, tandis que les expressions contenant le métal libre décrivent une formation globale.

21. Deux complexes formés avec le même métal et le même ligand ont des constantes globales de formation différentes. Que peut-on conclure pour celui dont βn\beta_n est la plus élevée ?

Il correspond à une étape successive moins favorable.
Il présente une stabilité thermodynamique plus grande.
Il se dissocie plus rapidement en solution.
Il contient nécessairement davantage de métal libre.

Il présente une stabilité thermodynamique plus grande.

Explication

Une valeur élevée de βn\beta_n traduit une formation globale plus favorable et donc une stabilité plus grande du complexe. Une constante de dissociation élevée aurait au contraire tendance à indiquer une dissociation plus favorisée.

22. Quelle distinction caractérise correctement un domaine de majorité par rapport à un domaine de prédominance ?

La majorité correspond à des concentrations égales, tandis que la prédominance exige un rapport supérieur à 10.
La majorité concerne les complexes chargés, tandis que la prédominance concerne les complexes neutres.
La majorité exige un rapport de concentrations supérieur à 10, tandis que la prédominance exige seulement que l’espèce soit la plus concentrée.
La majorité est définie par une frontière de pLpL, tandis que la prédominance exclut toute comparaison quantitative.

La majorité exige un rapport de concentrations supérieur à 10, tandis que la prédominance exige seulement que l’espèce soit la plus concentrée.

Explication

Un domaine de prédominance indique simplement quelle espèce possède la concentration la plus élevée, alors qu’un domaine de majorité impose un rapport supérieur à 10. Ainsi, une espèce peut prédominer sans atteindre le critère plus exigeant de majorité.

23. Dans quelle situation le complexe MLiML_i prédomine-t-il sur MLi−1ML_{i-1} ?

Lorsque pL>pKdipL>pK_{di}.
Lorsque pL=0pL=0, quelle que soit la valeur de pKdipK_{di}.
Lorsque pL<pKdipL<pK_{di}.
Lorsque pL=pKdipL=pK_{di}.

Lorsque $$pL<pK_{di}$$.

Explication

Une valeur de pLpL inférieure à pKdipK_{di} favorise MLiML_i par rapport à MLi−1ML_{i-1}. À l’égalité, les concentrations sont identiques, tandis qu’un pLpL supérieur favorise le complexe moins chargé en ligand.

24. Quelle équation représente la déstabilisation acide du complexe [ML][ML] ?

[ML]+H2O⇌M++L−+H3O+[ML]+H_2O\rightleftharpoons M^++L^-+H_3O^+
M++LH+H2O⇌[ML]+H3O+M^++LH+H_2O\rightleftharpoons[ML]+H_3O^+
[ML]+LH⇌M++L+H2O[ML]+LH\rightleftharpoons M^++L+H_2O
[ML]+H3O+⇌M++LH+H2O[ML]+H_3O^+\rightleftharpoons M^++LH+H_2O

$$[ML]+H_3O^+\rightleftharpoons M^++LH+H_2O$$

Explication

La déstabilisation acide consomme un ion oxonium et transforme le ligand coordonné en sa forme protonée LHLH, tout en libérant M+M^+. Les autres équations inversent le sens, modifient les espèces acido-basiques ou ne représentent pas la protonation du ligand.

25. Quelle expression représente la constante globale de formation du complexe MLnML_n en fonction des activités ?

βn=aMLnaMaL\beta_n=\frac{a_{ML_n}}{a_Ma_L}
βn=aMLaMaL\beta_n=\frac{a_{ML}}{a_Ma_L}
βn=aMLnaMaLn\beta_n=\frac{a_{ML_n}}{a_Ma_L^n}
βn=aMaLnaMLn\beta_n=\frac{a_Ma_L^n}{a_{ML_n}}

$$\beta_n=\frac{a_{ML_n}}{a_Ma_L^n}$$

Explication

La constante globale compare l’activité du complexe final MLnML_n au produit de l’activité du métal et de celles de nn ligands. La constante successive KfiK_{fi} concerne une seule étape de coordination, et non la formation globale du complexe final.

26. Dans la réaction Ca2++Y4−⇌[CaY]2−Ca^{2+}+Y^{4-}\rightleftharpoons[CaY]^{2-}, que se passe-t-il lorsque n<n0n<n_0, où nn désigne la quantité initiale de Y4−Y^{4-} et n0n_0 celle de Ca2+Ca^{2+} ?

Y4−Y^{4-} est limitant et [[CaY]2−]=nV[[CaY]^{2-}]=\frac{n}{V}
Y4−Y^{4-} est en excès et [[CaY]2−]=n0−nV[[CaY]^{2-}]=\frac{n_0-n}{V}
Les deux réactifs restent en quantités égales et [[CaY]2−]=n+n0V[[CaY]^{2-}]=\frac{n+n_0}{V}
Ca2+Ca^{2+} est limitant et [[CaY]2−]=n0V[[CaY]^{2-}]=\frac{n_0}{V}

$$Y^{4-}$$ est limitant et $$[[CaY]^{2-}]=\frac{n}{V}$$

Explication

Lorsque n<n0n<n_0, la quantité de Y4−Y^{4-} est la plus faible : ce ligand est donc limitant et disparaît presque totalement. La quantité de complexe formé est alors approximativement nn, d’où [[CaY]2−]=nV[[CaY]^{2-}]=\frac{n}{V}$.

27. Quelle démarche permet de déterminer la composition d’une solution contenant un seul complexe ?

Identifier le complexe, ajouter les concentrations initiales, puis répartir cette somme entre les réactifs
Écrire la réaction, dresser un tableau d’avancement, trouver le limitant, puis utiliser l’équilibre
Mesurer le pH, négliger l’équilibre, puis attribuer la concentration au réactif initial majoritaire
Calculer directement la constante, ignorer les quantités initiales, puis déduire les espèces restantes

Écrire la réaction, dresser un tableau d’avancement, trouver le limitant, puis utiliser l’équilibre

Explication

La composition se détermine en reliant la stœchiométrie et l’équilibre : réaction, concentrations initiales, réactif limitant, puis constante d’équilibre. Négliger les quantités initiales ou l’équilibre empêche d’obtenir correctement les concentrations finales.

28. Quelle entité correspond à la définition d’un complexe en chimie de coordination ?

Un assemblage d’atomes formé uniquement de molécules organiques
Une molécule composée de plusieurs métaux sans espèce coordinée
Un ion métallique isolé entouré de molécules sans liaison
Un édifice polyatomique associant un centre métallique et des ligands

Un édifice polyatomique associant un centre métallique et des ligands

Explication

Un complexe est un édifice polyatomique dans lequel un centre métallique est lié à des molécules ou à des ions appelés ligands. Un ion métallique entouré d’espèces sans liaison ne constitue donc pas la structure définie d’un complexe.

Révisez avec les flashcards

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Qu'est-ce qu'un complexe en chimie de coordination ?

Un complexe est un édifice polyatomique avec un centre métallique lié à des ligands.

Qu'est-ce qu'un ligand en chimie de coordination ?

Un ligand est une molécule ou ion avec au moins un doublet d'électrons libre.

Quels types de ligands existent selon leur charge ?

Les ligands peuvent être neutres, anioniques ou organiques.

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