QCM : Stœchiométrie et équilibres chimiques — 20 questions

Questions et réponses du QCM

1. Un échantillon occupe un volume de 2,5 L2{,}5\ \mathrm{L} et contient 0,50 mol0{,}50\ \mathrm{mol} de matière. Quelle est sa valeur de volume molaire ?

0,20 L mol−10{,}20\ \mathrm{L\,mol^{-1}}
1,25 L mol−11{,}25\ \mathrm{L\,mol^{-1}}
5,0 L mol−15{,}0\ \mathrm{L\,mol^{-1}}
2,0 L mol−12{,}0\ \mathrm{L\,mol^{-1}}

$$5{,}0\ \mathrm{L\,mol^{-1}}$$

Explication

Le volume molaire se calcule en divisant le volume par la quantité de matière, soit Vm=V/nV_m=V/n. La valeur 2,0 L mol−12{,}0\ \mathrm{L\,mol^{-1}} correspondrait à une division inversée, n/Vn/V.

2. Quelle quantité de matière contient un échantillon de 18 g18\ \mathrm{g} dont la masse molaire est 36 g mol−136\ \mathrm{g\,mol^{-1}} ?

0,50 mol0{,}50\ \mathrm{mol}
2,0 mol2{,}0\ \mathrm{mol}
54 mol54\ \mathrm{mol}
648 mol648\ \mathrm{mol}

$$0{,}50\ \mathrm{mol}$$

Explication

La quantité de matière s’obtient par n=m/Mn=m/M, donc 18/36=0,50 mol18/36=0{,}50\ \mathrm{mol}. La valeur 2,0 mol2{,}0\ \mathrm{mol} résulte de l’opération inverse, M/mM/m.

3. Dans la loi des gaz parfaits PV=nRTPV=nRT, quelle unité doit être utilisée pour la température ?

Le mètre cube
Le degré Celsius
Le pascal
Le kelvin

Le kelvin

Explication

La loi des gaz parfaits exige une température exprimée en kelvins, avec la pression en pascals et le volume en mètres cubes. Le degré Celsius n’est pas l’unité prévue dans cette forme de la relation.

4. Une solution contient 0,20 mol0{,}20\ \mathrm{mol} de soluté dans 0,50 L0{,}50\ \mathrm{L} de solvant. Quelle est sa concentration molaire ?

0,40 mol L−10{,}40\ \mathrm{mol\,L^{-1}}
2,5 mol L−12{,}5\ \mathrm{mol\,L^{-1}}
0,70 mol L−10{,}70\ \mathrm{mol\,L^{-1}}
0,10 mol L−10{,}10\ \mathrm{mol\,L^{-1}}

$$0{,}40\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$$

Explication

La concentration molaire est le quotient de la quantité de matière du soluté par le volume du solvant, soit C=0,20/0,50=0,40 mol L−1C=0{,}20/0{,}50=0{,}40\ \mathrm{mol\,L^{-1}}. La valeur 2,5 mol L−12{,}5\ \mathrm{mol\,L^{-1}} provient d’une division du volume par la quantité de matière.

5. Une solution contient 15 g15\ \mathrm{g} de soluté dans 3,0 L3{,}0\ \mathrm{L} de solvant. Quelle est sa concentration massique ?

45 g L−145\ \mathrm{g\,L^{-1}}
5,0 g L−15{,}0\ \mathrm{g\,L^{-1}}
18 g L−118\ \mathrm{g\,L^{-1}}
0,20 g L−10{,}20\ \mathrm{g\,L^{-1}}

$$5{,}0\ \mathrm{g\,L^{-1}}$$

Explication

La concentration massique se calcule avec Cm=msoluteˊ/VsolvantC_m=m_{soluté}/V_{solvant}, ce qui donne 15/3,0=5,0 g L−115/3{,}0=5{,}0\ \mathrm{g\,L^{-1}}. Une concentration exprimée en mol L−1\mathrm{mol\,L^{-1}} concernerait une concentration molaire et nécessiterait une quantité de matière.

6. Lorsqu’une solution est diluée en passant de V0V_0 à un volume final V1V_1 plus grand, comment évolue sa concentration ?

Elle diminue, car C0V0=C1V1C_0V_0=C_1V_1.
Elle augmente, car le volume final est plus grand.
Elle devient nulle, car le solvant est ajouté.
Elle reste identique, car le soluté est conservé.

Elle diminue, car $$C_0V_0=C_1V_1$$.

Explication

La dilution conserve la quantité de matière et vérifie C0V0=C1V1C_0V_0=C_1V_1 ; puisque V1>V0V_1>V_0, la concentration finale est inférieure à la concentration initiale. La conservation du soluté n’implique donc pas une concentration inchangée.

7. Un matériau a une masse de 240 g240\ \mathrm{g} et occupe un volume de 80 cm380\ \mathrm{cm^3}. Quelle est sa masse volumique ?

19,2 g cm−319{,}2\ \mathrm{g\,cm^{-3}}
160 g cm−3160\ \mathrm{g\,cm^{-3}}
3,0 g cm−33{,}0\ \mathrm{g\,cm^{-3}}
0,33 g cm−30{,}33\ \mathrm{g\,cm^{-3}}

$$3{,}0\ \mathrm{g\,cm^{-3}}$$

Explication

La masse volumique est le rapport ρ=m/V\rho=m/V, donc 240/80=3,0 g cm−3240/80=3{,}0\ \mathrm{g\,cm^{-3}}. La valeur 0,33 g cm−30{,}33\ \mathrm{g\,cm^{-3}} correspond au rapport inverse, volume sur masse.

8. Un matériau possède une masse volumique de 2,7 g cm−32{,}7\ \mathrm{g\,cm^{-3}}, tandis que celle de la référence vaut 1,0 g cm−31{,}0\ \mathrm{g\,cm^{-3}}. Quelle est sa densité ?

3,73{,}7
1,7 g cm−31{,}7\ \mathrm{g\,cm^{-3}}
0,370{,}37
2,72{,}7

$$2{,}7$$

Explication

La densité est le rapport de la masse volumique du matériau à celle de la référence, soit d=2,7/1,0=2,7d=2{,}7/1{,}0=2{,}7. Ce rapport est sans unité, contrairement à une masse volumique qui s’exprime en g cm−3\mathrm{g\,cm^{-3}}.

9. Quelle modification conserve l’identité d’une équation chimique équilibrée aA+bB→cC+dDaA+bB\rightarrow cC+dD ?

Modifier le coefficient d’un seul produit
Multiplier uniquement le coefficient de l’espèce A
Multiplier tous les coefficients par un même facteur non nul
Ajouter une unité à chaque coefficient séparément

Multiplier tous les coefficients par un même facteur non nul

Explication

Multiplier tous les coefficients dans la même proportion conserve les rapports stœchiométriques et représente la même réaction. Modifier un seul coefficient change ces rapports et donc l’équation chimique.

10. Pour la réaction 2A+B→3C2A+B\rightarrow 3C en conditions stœchiométriques, quelle relation entre les quantités de matière est vérifiée ?

nA3=nB2=nC\frac{n_A}{3}=\frac{n_B}{2}=n_C
nA2=nB=nC3\frac{n_A}{2}=n_B=\frac{n_C}{3}
2nA=nB=3nC2n_A=n_B=3n_C
nA+nB=3nCn_A+n_B=3n_C

$$\frac{n_A}{2}=n_B=\frac{n_C}{3}$$

Explication

Les quantités de matière sont proportionnelles aux coefficients stœchiométriques, donc nA/2=nB/1=nC/3n_A/2=n_B/1=n_C/3. Une relation fondée sur des produits ou sur une somme ne traduit pas cette proportionnalité.

11. Quelle caractéristique distingue une réaction à l’équilibre d’une réaction unidirectionnelle ?

Elle consomme les produits dès leur formation sans réaction inverse
Elle se déroule dans un seul sens sans état final caractéristique
Elle transforme les réactifs en produits avec un rendement total
Elle est incomplète et décrite par une constante d’équilibre

Elle est incomplète et décrite par une constante d’équilibre

Explication

Une réaction à l’équilibre est une transformation incomplète caractérisée par une constante KK. Une réaction unidirectionnelle évolue dans le sens de la synthèse totale, tandis qu’une réaction bidirectionnelle peut évoluer dans les deux sens.

12. Un système en équilibre subit une augmentation de la concentration d’un réactif. Selon le principe de Le Chatelier, dans quel sens évolue-t-il généralement ?

Vers le sens qui produit davantage du réactif ajouté
Vers une évolution qui annule la constante d’équilibre
Vers une évolution qui empêche toute nouvelle transformation
Vers le sens qui consomme une partie du réactif ajouté

Vers le sens qui consomme une partie du réactif ajouté

Explication

Le système évolue vers un nouvel équilibre qui contrecarre la perturbation, ici en consommant une partie du réactif ajouté. La constante d’équilibre n’est pas annulée par cette réponse du système.

13. Selon la définition de Brønsted, quelle espèce est un acide ?

Une espèce capable de capter un proton
Une espèce qui contient nécessairement un atome métallique
Une espèce capable de céder un proton
Une espèce qui ne peut pas participer à un équilibre

Une espèce capable de céder un proton

Explication

Un acide de Brønsted est une molécule ou un ion capable de donner un proton. Une espèce qui capte un proton correspond à une base de Brønsted.

14. Selon Brønsted, quel comportement caractérise une base ?

Elle possède toujours une charge électrique positive
Elle capte un proton au cours d’une réaction
Elle cède un proton au cours d’une réaction
Elle augmente nécessairement la concentration en soluté

Elle capte un proton au cours d’une réaction

Explication

Une base de Brønsted est une espèce capable d’accepter un proton. La cession d’un proton caractérise au contraire un acide, et la charge électrique ne suffit pas à définir une base.

15. Quelle expression représente correctement la constante d’autoprotolyse de l’eau à 25 °C ?

Ke=[H2O][H3O+][OH−]=10−14K_e=[H_2O][H_3O^+][OH^-]=10^{-14}
Ke=[H3O+][OH−]=10−14K_e=[H_3O^+][OH^-]=10^{-14}
Ke=[H3O+]+[OH−]=10−14K_e=[H_3O^+]+[OH^-]=10^{-14}
Ke=[H3O+][OH−]=10−14K_e=\frac{[H_3O^+]}{[OH^-]}=10^{-14}

$$K_e=[H_3O^+][OH^-]=10^{-14}$$

Explication

L’autoprotolyse de l’eau produit des ions oxonium et hydroxyde, et leur produit de concentrations vaut 10−1410^{-14}. La constante ne correspond ni à leur somme ni à leur rapport.

16. Une solution passe de [H3O+]=10−3 mol L−1[H_3O^+]=10^{-3}\ \mathrm{mol\,L^{-1}} à [H3O+]=10−5 mol L−1[H_3O^+]=10^{-5}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}. Comment son pH évolue-t-il ?

Il diminue de deux unités
Il devient égal à moins cinq
Il reste égal à trois
Il augmente de deux unités

Il augmente de deux unités

Explication

Comme pH=−log⁡[H3O+]pH=-\log[H_3O^+], le passage de 10−310^{-3} à 10−510^{-5} fait passer le pH de 3 à 5. Le pH augmente donc lorsque la concentration en ions oxonium diminue.

17. Quelle description correspond à un complexe de coordination ?

Un ion central lié chimiquement à des molécules neutres ou à des anions
Un mélange contenant plusieurs ions indépendants en solution
Une molécule formée exclusivement de liaisons entre atomes identiques
Un solide ionique dissous sans interaction avec le solvant

Un ion central lié chimiquement à des molécules neutres ou à des anions

Explication

Un complexe possède un ion central, souvent métallique, lié à des ligands neutres ou chargés. La simple coexistence d’ions en solution ne constitue pas un édifice complexe.

18. Dans un complexe, que mesure l’indice de coordination ?

Le nombre de ligands liés à l’ion central
La charge électrique portée par l’ion central
Le nombre total d’atomes présents dans le complexe
Le nombre d’orbitales non liantes engagées par un ligand

Le nombre de ligands liés à l’ion central

Explication

L’indice de coordination correspond au nombre de ligands attachés à l’ion central. Le nombre d’orbitales non liantes engagées décrit la denticité d’un ligand, et non l’indice de coordination.

19. Pour l’équilibre C⇌A+LC\rightleftharpoons A+L, quelle relation entre les constantes de dissociation et de complexation est correcte ?

Kc=1KdK_c=\frac{1}{K_d}
Kc=Kd[C]K_c=\frac{K_d}{[C]}
Kc=Kd2K_c=K_d^2
Kc=Kd+1K_c=K_d+1

$$K_c=\frac{1}{K_d}$$

Explication

La dissociation et la complexation décrivent des réactions inverses, donc leurs constantes vérifient Kc=1/KdK_c=1/K_d. Les autres relations ne résultent pas de l’inversion de l’équation d’équilibre.

20. Pour la dissolution AB(s)⇌A++B−AB(s)\rightleftharpoons A^++B^-, quelle expression donne la solubilité molaire en fonction de KsK_s ?

s=2Ks2s=\sqrt[2]{2K_s}
s=Kss=\sqrt{K_s}
s=Ks2s=\frac{K_s}{2}
s=Ks2s=K_s^2

$$s=\sqrt{K_s}$$

Explication

Ici, m=n=1m=n=1, donc la formule générale donne s=Ks/(11×11)=Kss=\sqrt{K_s/(1^1\times1^1)}=\sqrt{K_s}. Les autres expressions ne respectent pas les coefficients stœchiométriques de la dissolution.

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Quelle formule relie le volume molaire au volume et à la quantité de matière ?

Vm=VnV_m=\frac{V}{n}

En quelles unités s'exprime le volume molaire VmV_m ?

En litres par mole (L·mol⁻¹).

Quelle formule exprime la quantité de matière en fonction de la masse et de la masse molaire ?

n=mMn=\frac{m}{M}

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