QCM : Solvants et conductivité ionique (20 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Pourquoi une molécule d’eau possède-t-elle un dipôle permanent et constitue-t-elle un solvant polaire ?

La molécule contient des ions, ce qui crée son dipôle permanent.
L’oxygène attire davantage les électrons et la molécule est linéaire.
L’hydrogène attire davantage les électrons et la molécule est coudée.
L’oxygène attire davantage les électrons et la molécule est coudée.

L’oxygène attire davantage les électrons et la molécule est coudée.

Explication

L’oxygène, plus électronégatif, attire davantage les électrons de la liaison O–H, et la géométrie non linéaire de l’eau donne un dipôle permanent. L’attraction des électrons par l’hydrogène inverse l’électronégativité, la géométrie linéaire ne produit pas le dipôle décrit, et l’eau n’a pas besoin de contenir des ions pour être polaire.

2. Lorsqu’on dissout HCl dans l’eau, quelle succession décrit correctement la solvatation ?

Polarisation et ionisation, solvatation des ions, puis dissociation par l’effet diélectrique.
Polarisation et ionisation, dissociation par l’effet diélectrique, puis solvatation des ions.
Polarisation et ionisation, dissociation par l’effet diélectrique, puis recombinaison des ions.
Dissociation par l’effet diélectrique, polarisation et ionisation, puis solvatation des ions.

Polarisation et ionisation, dissociation par l’effet diélectrique, puis solvatation des ions.

Explication

La solvatation de HCl commence par la polarisation et l’ionisation de la liaison H–Cl, se poursuit par la dissociation favorisée par la constante diélectrique de l’eau, puis les ions sont solvatés. Placer la solvatation avant la dissociation inverse les étapes, commencer par la dissociation omet l’étape initiale, et la dernière étape est la solvatation plutôt qu’une recombinaison.

3. Un composé se dissocie en ions après avoir été dissous, et sa solution conduit l’électricité. Comment le classe-t-on ?

Comme un composé moléculaire non conducteur.
Comme un ion solvaté plutôt que comme un composé électrolytique.
Comme un électrolyte.
Comme un soluté dissous sans dissociation ionique.

Comme un électrolyte.

Explication

Un électrolyte se dissocie en ions en solution et rend ainsi la solution conductrice de l’électricité. Un soluté moléculaire non conducteur ne satisfait pas ce critère, la dissolution sans dissociation ne suffit pas, et les ions produits ne sont pas le composé initial.

4. Dans une solution d’acide faible de concentration CC, la concentration de la base formée à l’équilibre vaut 0,12C0{,}12C. Quelle est la valeur de α\alpha ?

0,880{,}88
0,12C20{,}12C^2
8,338{,}33
0,120{,}12

$$0{,}12$$

Explication

Le degré de dissociation est le rapport entre la concentration de la base formée et la concentration initiale : α=[base]C=0,12CC=0,12\alpha=\frac{[\mathrm{base}]}{C}=\frac{0{,}12C}{C}=0{,}12. La valeur 0,880{,}88 correspondrait à la fraction non dissociée, 8,338{,}33 inverse le rapport, et 0,12C20{,}12C^2 multiplie au lieu de diviser.

5. Un électrolyte présente un degré de dissociation α=0,65\alpha=0{,}65. À quelle catégorie appartient-il ?

À la catégorie des électrolytes forts, totalement dissociés.
À la catégorie des électrolytes forts, partiellement dissociés.
À la catégorie des électrolytes faibles, partiellement dissociés.
À la catégorie des électrolytes non dissociés, sans ions en solution.

À la catégorie des électrolytes faibles, partiellement dissociés.

Explication

Un électrolyte faible est partiellement dissocié et possède un degré de dissociation inférieur à un ; ici, 0,65<10{,}65<1. Un électrolyte fort est totalement dissocié avec α=1\alpha=1, tandis qu’un degré inférieur à un n’indique pas une absence de dissociation.

6. Une cellule conductimétrique a une constante k=0,80 m−1k=0{,}80\,\text{m}^{-1} et contient une solution de conductivité γ=0,20 Ω−1 m−1\gamma=0{,}20\,\Omega^{-1}\,\text{m}^{-1}. Quelle résistance mesure-t-on ?

0,25 Ω0{,}25\,\Omega
4,0 Ω4{,}0\,\Omega
5,0 Ω5{,}0\,\Omega
0,16 Ω0{,}16\,\Omega

$$4{,}0\,\Omega$$

Explication

La relation de la cellule est R=k/γR=k/\gamma, donc R=0,80/0,20=4,0 ΩR=0{,}80/0{,}20=4{,}0\,\Omega. Le produit donne 0,160{,}16, l’inversion de kk donne 0,250{,}25, tandis que l’inversion du rapport donne 5,05{,}0.

7. Une solution contient deux espèces ioniques dont les contributions à la conductivité valent respectivement 0,120{,}12 et 0,08 Ω−1 m−10{,}08\,\Omega^{-1}\,\text{m}^{-1}. Quelle est la conductivité totale ?

0,04 Ω−1 m−10{,}04\,\Omega^{-1}\,\text{m}^{-1}
0,12 Ω−1 m−10{,}12\,\Omega^{-1}\,\text{m}^{-1}
0,20 Ω−1 m−10{,}20\,\Omega^{-1}\,\text{m}^{-1}
0,0096 Ω−2 m−20{,}0096\,\Omega^{-2}\,\text{m}^{-2}

$$0{,}20\,\Omega^{-1}\,\text{m}^{-1}$$

Explication

La conductivité d’une solution ionique est la somme des contributions de ses ions : 0,12+0,08=0,20 Ω−1 m−10{,}12+0{,}08=0{,}20\,\Omega^{-1}\,\text{m}^{-1}. La soustraction confond l’addition avec une différence, et la multiplication ne correspond pas à la règle d’additivité.

8. Pour une solution, γ=0,36 Ω−1 m−1\gamma=0{,}36\,\Omega^{-1}\,\text{m}^{-1} et C=0,12 mol m−3C=0{,}12\,\text{mol}\,\text{m}^{-3}. Quelle est sa conductivité molaire équivalente ?

0,36 Ω−1 m−10{,}36\,\Omega^{-1}\,\text{m}^{-1}
0,33 Ω−1 m2 mol−10{,}33\,\Omega^{-1}\,\text{m}^2\,\text{mol}^{-1}
3,0 Ω−1 m2 mol−13{,}0\,\Omega^{-1}\,\text{m}^2\,\text{mol}^{-1}
0,0432 Ω−1 m−1 mol m−30{,}0432\,\Omega^{-1}\,\text{m}^{-1}\,\text{mol}\,\text{m}^{-3}

$$3{,}0\,\Omega^{-1}\,\text{m}^2\,\text{mol}^{-1}$$

Explication

La conductivité molaire équivalente est le rapport Λm=γ/C\Lambda_m=\gamma/C; ainsi 0,36/0,12=3,0 Ω−1 m2 mol−10{,}36/0{,}12=3{,}0\,\Omega^{-1}\,\text{m}^2\,\text{mol}^{-1}. La multiplication et l’inversion du rapport appliquent des opérations différentes de la définition.

9. Un électrolyte fort suit la loi de Kohlrausch avec Λm∘=150 Ω−1 cm2 mol−1\Lambda_m^\circ=150\,\Omega^{-1}\,\text{cm}^2\,\text{mol}^{-1}, k=20 Ω−1 cm2 mol−1 (mol/L)−1/2k=20\,\Omega^{-1}\,\text{cm}^2\,\text{mol}^{-1}\,\text{(mol/L)}^{-1/2} et C=0,25 mol/LC=0{,}25\,\text{mol/L}. Quelle valeur obtient-on pour Λm\Lambda_m ?

140 Ω−1 cm2 mol−1140\,\Omega^{-1}\,\text{cm}^2\,\text{mol}^{-1}
160 Ω−1 cm2 mol−1160\,\Omega^{-1}\,\text{cm}^2\,\text{mol}^{-1}
145 Ω−1 cm2 mol−1145\,\Omega^{-1}\,\text{cm}^2\,\text{mol}^{-1}
149,5 Ω−1 cm2 mol−1149{,}5\,\Omega^{-1}\,\text{cm}^2\,\text{mol}^{-1}

$$140\,\Omega^{-1}\,\text{cm}^2\,\text{mol}^{-1}$$

Explication

Pour un électrolyte fort, Λm=Λm∘−kC\Lambda_m=\Lambda_m^\circ-k\sqrt{C}. Comme 0,25=0,5\sqrt{0{,}25}=0{,}5, on obtient 150−20×0,5=140150-20\times0{,}5=140; l’addition inverse le signe de la correction, et les autres valeurs proviennent de l’omission de la racine ou de kk.

10. Lorsqu’une quantité de PbCl₂ se dissout dans l’eau, quelles concentrations ioniques s’établissent si sa solubilité molaire est s ?

[Pb²⁺] = s et [Cl⁻] = 2s
[Pb²⁺] = 2s et [Cl⁻] = s
[Pb²⁺] = 2s et [Cl⁻] = 2s
[Pb²⁺] = s et [Cl⁻] = s

[Pb²⁺] = s et [Cl⁻] = 2s

Explication

Chaque mole de PbCl₂ dissoute produit une mole de Pb²⁺ et deux moles de Cl⁻, d’où [Pb²⁺] = s et [Cl⁻] = 2s. Les autres relations attribuent mal les coefficients stœchiométriques ou les omettent.

11. Une solution saturée très diluée de PbCl₂ a une conductivité γ mesurée. Quelle relation permet d’en déduire sa solubilité, sachant que Λm∘=λPb2+∘+2λCl−∘\Lambda_m^\circ = \lambda^\circ_{\mathrm{Pb}^{2+}} + 2\lambda^\circ_{\mathrm{Cl}^-} ?

s=γΛm∘s = \gamma\Lambda_m^\circ
s=γλPb2+∘+λCl−∘s = \frac{\gamma}{\lambda^\circ_{\mathrm{Pb}^{2+}} + \lambda^\circ_{\mathrm{Cl}^-}}
s=γΛm∘s = \frac{\gamma}{\Lambda_m^\circ}
s=Λm∘γs = \frac{\Lambda_m^\circ}{\gamma}

$$s = \frac{\gamma}{\Lambda_m^\circ}$$

Explication

Pour cette solution saturée très diluée, la conductivité molaire est assimilée à sa valeur limite, et la relation entre conductivité et solubilité donne s=γΛm∘s = \frac{\gamma}{\Lambda_m^\circ}. Les autres expressions inversent le rapport, omettent le coefficient 2 du chlorure ou remplacent la division par une multiplication.

12. Pendant le dosage conductimétrique d’un échantillon de HCl par NaOH, quelle évolution de la conductivité observe-t-on au cours de l’ajout de base ?

Elle diminue avant l’équivalence, atteint celle de NaCl à l’équivalence, puis augmente.
Elle diminue avant l’équivalence, puis continue à diminuer après l’équivalence.
Elle augmente avant l’équivalence, atteint celle de HCl à l’équivalence, puis augmente.
Elle augmente avant l’équivalence, atteint celle de NaCl à l’équivalence, puis diminue.

Elle diminue avant l’équivalence, atteint celle de NaCl à l’équivalence, puis augmente.

Explication

Avant l’équivalence, les ions H⁺, très conducteurs, sont remplacés par des ions Na⁺ moins conducteurs; à l’équivalence, la solution correspond à NaCl, puis l’excès de NaOH fait augmenter la conductivité. Les autres propositions inversent la tendance, prolongent la baisse ou attribuent à l’équivalence la mauvaise solution.

13. On dose une solution de KCl par AgNO₃. Quelle évolution de la conductivité est attendue avant et après l’équivalence ?

Elle varie peu avant l’équivalence, puis augmente après.
Elle varie peu avant l’équivalence, puis diminue après.
Elle diminue avant l’équivalence, puis reste stable après.
Elle augmente fortement avant l’équivalence, puis varie peu après.

Elle varie peu avant l’équivalence, puis augmente après.

Explication

Avant l’équivalence, Cl⁻ est remplacé par NO₃⁻ et la conductivité varie peu; après, l’excès de Ag⁺ et de NO₃⁻ l’augmente. Les autres réponses surestiment l’effet de l’échange ionique ou donnent une évolution incompatible avec l’excès d’ions après l’équivalence.

14. Quel rôle joue la théorie de Debye et Hückel dans l’étude des solutions électrolytiques ?

Estimer les écarts à l’idéalité dus aux interactions électrostatiques à partir de γ₊₋
Calculer les écarts à l’idéalité à partir des seules concentrations ioniques
Prévoir la conductivité molaire à partir des interactions entre ions
Déterminer les coefficients individuels à partir du coefficient moyen sans modèle

Estimer les écarts à l’idéalité dus aux interactions électrostatiques à partir de γ₊₋

Explication

La théorie relie les écarts à l’idéalité aux interactions électrostatiques et les estime à partir du coefficient d’activité moyen γ₊₋. Les seules concentrations négligent ces interactions, le coefficient individuel n’est pas le point de départ expérimental, et la conductivité molaire n’est pas le rôle visé ici.

15. Une solution contient des ions actifs et spectateurs de concentrations Cᵢ et de charges zᵢ. Quelle expression permet de calculer sa force ionique ?

I=12∑iCizi2I=\frac{1}{2}\sum_i C_i z_i^2
I=12∑i actifsCizi2I=\frac{1}{2}\sum_{i\,\mathrm{actifs}} C_i z_i^2
I=∑iCizi2I=\sum_i C_i z_i^2
I=12∑iCiziI=\frac{1}{2}\sum_i C_i z_i

$$I=\frac{1}{2}\sum_i C_i z_i^2$$

Explication

La force ionique additionne les contributions de tous les ions, actifs ou spectateurs, avec le carré de leur charge et un facteur 12\frac{1}{2}. Limiter la somme aux ions actifs exclut les spectateurs, omettre le carré conserve le signe des charges, et supprimer le facteur un demi double le résultat.

16. Dans une solution où I=4×10−4 mol/LI=4\times10^{-4}\,\mathrm{mol/L}, un électrolyte possède des charges z+=2z^+=2 et z−=−1z^-=-1. Quelle expression donne log⁡γ±\log\gamma_{\pm} selon la première loi de Debye–Hückel ?

+2AI+2A\sqrt{I}
−2AI1+I-\frac{2A\sqrt{I}}{1+\sqrt{I}}
−4AI-4A\sqrt{I}
−2AI-2A\sqrt{I}

$$-2A\sqrt{I}$$

Explication

La force ionique donnée appartient au domaine de la première loi, qui utilise −Az+∣z−∣I-A z^+|z^-|\sqrt{I}; ici, z+∣z−∣=2z^+|z^-|=2. Le signe positif résulte d’une charge négative signée, le facteur 4 vient du carré du cation, et le dénominateur correspond à la deuxième loi.

17. Dans deux solutions, l’une très diluée et l’autre fortement chargée en ions, quelle description de l’activité ionique convient ?

Dans les deux solutions, elle se confond avec la concentration, car les ions restent indépendants
Dans la solution diluée, elle se confond avec la concentration; dans l’autre, un coefficient d’activité est à considérer
Dans la solution diluée, un coefficient d’activité est à considérer; dans l’autre, elle se confond avec la concentration
Dans les deux solutions, un coefficient d’activité est à considérer, car toute solution contient des ions

Dans la solution diluée, elle se confond avec la concentration; dans l’autre, un coefficient d’activité est à considérer

Explication

À forte dilution, les ions interagissent peu et l’activité est assimilée à la concentration; dans un milieu chargé, les interactions électrostatiques justifient un coefficient d’activité. Inverser les milieux, ignorer toute interaction ou appliquer une correction dans les deux cas méconnaît cette distinction.

18. Pour une espèce ionique de concentration CiC_i et de coefficient d’activité γi\gamma_i, quelle relation permet d’obtenir son activité en utilisant la concentration de référence C0C_0 ?

ai=γiCia_i=\gamma_i C_i
ai=γiCiC0a_i=\frac{\gamma_i C_i}{C_0}
ai=CiγiC0a_i=\frac{C_i}{\gamma_i C_0}
ai=γiCiC0a_i=\gamma_i C_i C_0

$$a_i=\frac{\gamma_i C_i}{C_0}$$

Explication

L’activité est une concentration corrigée définie par ai=γiCiC0a_i=\frac{\gamma_i C_i}{C_0}. Omettre C0C_0 ne normalise pas la concentration, placer γi\gamma_i au dénominateur inverse la correction, et multiplier par C0C_0 applique la normalisation dans le mauvais sens.

19. Dans un système fermé, les quantités macroscopiques de réactifs et de produits ne changent plus au cours du temps. Quelle situation décrit cet état ?

Les proportions de réactifs et de produits sont devenues égales.
Tous les réactifs ont été transformés en produits.
Les proportions relatives des réactifs et des produits restent constantes.
Les réactions directe et inverse ont cessé à l’échelle moléculaire.

Les proportions relatives des réactifs et des produits restent constantes.

Explication

Un équilibre chimique se reconnaît à la constance des proportions relatives des réactifs non transformés et des produits formés, sans évolution macroscopique. L’arrêt des réactions moléculaires, l’égalité des proportions et la transformation totale des réactifs ne définissent pas cet état.

20. Pour une réaction écrite A+2B⇌3CA + 2B \rightleftharpoons 3C, quelle expression de la constante d’équilibre respecte les signes des coefficients stœchiométriques ?

K=aC3aAaB2K = \frac{a_C^3}{a_A a_B^2}
K=aCaAaBK = \frac{a_C}{a_A a_B}
K=1aAaB2aC3K = \frac{1}{a_A a_B^2 a_C^3}
K=aAaB2aC3K = \frac{a_A a_B^2}{a_C^3}

$$K = \frac{a_C^3}{a_A a_B^2}$$

Explication

Les coefficients des produits sont positifs et ceux des réactifs négatifs dans K=∏iaiνiK = \prod_i a_i^{\nu_i} ; ainsi, CC apparaît au numérateur à la puissance 3, et AA et BB au dénominateur à leurs puissances respectives. L’expression inversée échange réactifs et produits, l’expression sans puissances omet les coefficients, et celle avec tous les termes au dénominateur donne un signe erroné à CC.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 64 flashcards sur Solvants et conductivité ionique.

Pourquoi l’oxygène attire-t-il davantage les électrons de la liaison O–H ?

Parce qu’il est plus électronégatif que l’hydrogène.

Quelle géométrie moléculaire contribue au dipôle permanent de l’eau ?

Une géométrie non linéaire.

Quelle étape suit la polarisation et l’ionisation de H–Cl lors de la solvatation de HCl ?

La dissociation des ions sous l’effet de la constante diélectrique de l’eau.

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