QCM corrigés : Chimie (niveau bac)

Questions originales rédigées pour l’entraînement : elles reproduisent le style et le niveau des épreuves, pas des sujets officiels.

1. Débutant
   Combien de moles y a-t-il dans $36\ \mathrm{g}$ d'eau ? ($M(\mathrm{H}) = 1\ \mathrm{g\,mol^{-1}}$ ; $M(\mathrm{O}) = 16\ \mathrm{g\,mol^{-1}}$)
   1. $2\ \mathrm{mol}$
   2. $18\ \mathrm{mol}$
   3. $0{,}5\ \mathrm{mol}$
   4. $36\ \mathrm{mol}$
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   Bonne réponse : $2\ \mathrm{mol}$
   $M(\mathrm{H_2O}) = 2 \times 1 + 16 = 18\ \mathrm{g\,mol^{-1}}$, donc $n = \frac{m}{M} = \frac{36}{18} = 2\ \mathrm{mol}$.
2. Débutant
   On ajoute un catalyseur à un mélange réactionnel. Quelle grandeur reste inchangée ?
   1. La vitesse volumique de réaction
   2. Le temps de demi-réaction $t_{1/2}$
   3. L'état final du système (avancement final)
   4. La durée de la transformation
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   Bonne réponse : L'état final du système (avancement final)
   Un catalyseur accélère une transformation (vitesse plus grande, $t_{1/2}$ et durée plus courts) sans être consommé ; il ne modifie ni la constante d'équilibre ni l'état final du système.
3. Débutant
   Selon Brønsted, un acide est une espèce chimique capable de :
   1. Céder un électron
   2. Céder un proton $\mathrm{H^+}$
   3. Capter un proton $\mathrm{H^+}$
   4. Capter un électron
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   Bonne réponse : Céder un proton $\mathrm{H^+}$
   Une base est capable de capter un proton. L'échange d'électrons caractérise les réactions d'oxydoréduction.
4. Intermédiaire
   Le taux d'avancement final $\tau$ d'une réaction est défini par :
   1. $\displaystyle \tau = \frac{x_{\max}}{x_f}$
   2. $\tau = x_f \times x_{\max}$
   3. $\displaystyle \tau = \frac{x_f}{x_{\max}}$
   4. $\tau = 1 - x_f$
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   Bonne réponse : $\tau = \frac{x_f}{x_{\max}}$
   $\tau = 1$ pour une transformation totale ; $\tau < 1$ pour une transformation limitée, qui conduit à un état d'équilibre.
5. Débutant
   Une oxydation correspond à :
   1. Un gain de protons
   2. Un gain d'électrons
   3. Une perte d'électrons
   4. Une perte de protons
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   Bonne réponse : Une perte d'électrons
   L'oxydation est une perte d'électrons et la réduction un gain d'électrons. Le réducteur est l'espèce qui cède des électrons.
6. Intermédiaire
   Dans une pile en fonctionnement, la borne négative (anode) est l'électrode où se produit :
   1. Une oxydation
   2. Une neutralisation acide-base
   3. Une réduction
   4. Aucune réaction
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   Bonne réponse : Une oxydation
   À l'anode (pôle $-$), le réducteur s'oxyde et libère des électrons qui circulent dans le circuit extérieur jusqu'à la cathode (pôle $+$), siège d'une réduction.
7. Intermédiaire
   Une électrolyse est une transformation :
   1. Toujours totale et instantanée
   2. Acido-basique
   3. Forcée, imposée par un générateur
   4. Spontanée, qui produit de l'électricité
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   Bonne réponse : Forcée, imposée par un générateur
   Le générateur impose un sens d'évolution opposé au sens spontané. Applications : affinage du cuivre, production d'aluminium, recharge des accumulateurs.
8. Débutant
   La réaction entre un acide carboxylique et un alcool donne :
   1. Un ester et de l'eau
   2. Un alcane et du dioxygène
   3. Un savon et du glycérol
   4. Un aldéhyde et du dihydrogène
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   Bonne réponse : Un ester et de l'eau
   Estérification : acide + alcool $\rightleftharpoons$ ester + eau. Elle est lente, limitée et athermique.
9. Débutant
   Quelle est la formule brute du méthane ?
   1. $\mathrm{CH_4}$
   2. $\mathrm{CH_3OH}$
   3. $\mathrm{C_2H_4}$
   4. $\mathrm{C_2H_6}$
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   Bonne réponse : $\mathrm{CH_4}$
   Les alcanes ont pour formule $\mathrm{C}_n\mathrm{H}_{2n+2}$ : méthane $\mathrm{CH_4}$ ($n = 1$), éthane $\mathrm{C_2H_6}$, propane $\mathrm{C_3H_8}$.
10. Intermédiaire
    La conductance d'une solution ionique diluée :
    1. Est nulle pour une solution ionique
    2. Augmente avec la concentration des ions
    3. Diminue quand la concentration augmente
    4. Ne dépend pas de la concentration
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    Bonne réponse : Augmente avec la concentration des ions
    Pour une solution diluée, la conductivité $\sigma = \sum_i \lambda_i [\mathrm{X}_i]$ est proportionnelle aux concentrations : c'est le principe des dosages par étalonnage.
12. Débutant
    Quel gaz trouble l'eau de chaux ?
    1. Le diazote
    2. Le dioxygène
    3. Le dioxyde de carbone
    4. Le dihydrogène
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    Bonne réponse : Le dioxyde de carbone
    Le dioxyde de carbone réagit avec l'eau de chaux (hydroxyde de calcium) pour former du carbonate de calcium, insoluble, qui la trouble.
13. Avancé
    Pour une réaction à 25 °C ($T = 298\ \mathrm{K}$), on donne $\Delta H^{\circ} = -40\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}$ et $\Delta S^{\circ} = -100\ \mathrm{J\,mol^{-1}\,K^{-1}}$. Cette réaction est-elle spontanée dans les conditions standard ?
    1. Non, car $\Delta G^{\circ} \approx +10\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}$ est positif
    2. Oui, car $\Delta G^{\circ} \approx -70\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}$
    3. Oui, car $\Delta G^{\circ} = \Delta H^{\circ} - T\Delta S^{\circ} \approx -10\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}$ est négatif
    4. Non, car $\Delta S^{\circ}$ est négatif
    5. On ne peut pas conclure
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    Bonne réponse : Oui, car $\Delta G^{\circ} = \Delta H^{\circ} - T\Delta S^{\circ} \approx -10\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}$ est négatif
    $\Delta G^{\circ} = \Delta H^{\circ} - T\Delta S^{\circ} = -40 - 298 \times (-0{,}100) = -40 + 29{,}8 \approx -10\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}$ (attention à convertir $\Delta S^{\circ}$ en kJ). $\Delta G^{\circ} < 0$ : la réaction est spontanée. Un $\Delta H^{\circ}$ négatif signifie qu'elle est exothermique ; un $\Delta S^{\circ}$ négatif traduit une diminution du désordre, qui ne suffit pas ici à empêcher la réaction.
14. Débutant
    On dissout $0{,}1\ \mathrm{mol}$ de soluté pour obtenir $500\ \mathrm{mL}$ de solution. Quelle est la concentration molaire ?
    1. $0{,}2\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$
    2. $5\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$
    3. $0{,}05\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$
    4. $50\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$
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    Bonne réponse : $0{,}2\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$
    $C = \frac{n}{V} = \frac{0{,}1}{0{,}5} = 0{,}2\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$ : le volume doit être exprimé en litres.
15. Intermédiaire
    Le temps de demi-réaction $t_{1/2}$ est la durée au bout de laquelle :
    1. L'avancement atteint la moitié de sa valeur finale
    2. La vitesse de réaction double
    3. La réaction s'arrête
    4. La moitié des produits a disparu
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    Bonne réponse : L'avancement atteint la moitié de sa valeur finale
    $t_{1/2}$ permet d'estimer la durée d'une transformation : on la considère pratiquement achevée au bout de quelques $t_{1/2}$.
16. Débutant
    Quel est le pH d'une solution dont la concentration en ions $\mathrm{H_3O^+}$ vaut $10^{-3}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$ ?
    1. $11$
    2. $3$
    3. $0{,}001$
    4. $-3$
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    Bonne réponse : $3$
    $\mathrm{pH} = -\log[\mathrm{H_3O^+}] = -\log(10^{-3}) = 3$.
17. Intermédiaire
    Si le quotient de réaction $Q_r$ d'un système est inférieur à la constante d'équilibre $K$ :
    1. Le système est à l'équilibre
    2. Le système évolue dans le sens inverse
    3. Le système évolue spontanément dans le sens direct
    4. La réaction est impossible
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    Bonne réponse : Le système évolue spontanément dans le sens direct
    Critère d'évolution spontanée : si $Q_r < K$, sens direct ; si $Q_r > K$, sens inverse ; si $Q_r = K$, équilibre.
18. Débutant
    Dans la demi-équation $\mathrm{Cu^{2+}} + 2\,\mathrm{e^-} \rightleftharpoons \mathrm{Cu}$, quel est l'oxydant ?
    1. $\mathrm{Cu}$
    2. $\mathrm{Cu^{2+}}$
    3. Il n'y a pas d'oxydant
    4. $\mathrm{e^-}$
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    Bonne réponse : $\mathrm{Cu^{2+}}$
    L'oxydant est l'espèce qui capte des électrons : $\mathrm{Cu^{2+}}$ est l'oxydant du couple $\mathrm{Cu^{2+}}/\mathrm{Cu}$ et $\mathrm{Cu}$ le réducteur.
19. Intermédiaire
    Dans une pile, le pont salin sert à :
    1. Empêcher toute réaction chimique
    2. Augmenter la tension à vide de la pile
    3. Fournir des électrons au circuit
    4. Fermer le circuit et maintenir la neutralité électrique des deux solutions
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    Bonne réponse : Fermer le circuit et maintenir la neutralité électrique des deux solutions
    Les ions du pont salin migrent vers les deux compartiments pour compenser l'apparition ou la disparition d'ions ; les électrons, eux, ne circulent que dans le circuit extérieur.
20. Avancé
    Lors d'une électrolyse, à quelle électrode se produit l'oxydation ?
    1. À la cathode, reliée au pôle négatif du générateur
    2. À l'anode, reliée au pôle positif du générateur
    3. À l'anode, reliée au pôle négatif du générateur
    4. Aux deux électrodes à la fois
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    Bonne réponse : À l'anode, reliée au pôle positif du générateur
    Dans une pile comme dans un électrolyseur, l'anode est le siège de l'oxydation et la cathode celui de la réduction ; seule la polarité change.
21. Intermédiaire
    Pour un mélange équimolaire d'acide carboxylique et d'alcool primaire, le rendement de l'estérification à l'équilibre est d'environ :
    1. $100\ \%$
    2. $10\ \%$
    3. $33\ \%$
    4. $67\ \%$
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    Bonne réponse : $67\ \%$
    L'estérification est limitée par la réaction inverse, l'hydrolyse de l'ester ($K \approx 4$).
22. Débutant
    Quel groupe caractéristique possède la molécule d'éthanol $\mathrm{CH_3{-}CH_2{-}OH}$ ?
    1. Le groupe carbonyle (cétone)
    2. Le groupe hydroxyle (alcool)
    3. Le groupe amine
    4. Le groupe carboxyle (acide)
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    Bonne réponse : Le groupe hydroxyle (alcool)
    Un alcool possède un groupe $\mathrm{{-}OH}$ porté par un carbone tétragonal. Le groupe carboxyle $\mathrm{{-}COOH}$ caractérise les acides carboxyliques.
23. Avancé
    Une solution d'acide éthanoïque a une conductivité $\sigma = 15{,}6\ \mathrm{mS\,m^{-1}}$. Données : $\lambda(\mathrm{H_3O^+}) = 35{,}0\ \mathrm{mS\,m^2\,mol^{-1}}$ et $\lambda(\mathrm{CH_3COO^-}) = 4{,}1\ \mathrm{mS\,m^2\,mol^{-1}}$ ; on néglige les ions $\mathrm{HO^-}$. La concentration en ions oxonium vaut :
    1. $4{,}0 \times 10^{-4}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$
    2. $4{,}0 \times 10^{-7}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$
    3. $0{,}40\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$
    4. $4{,}5 \times 10^{-4}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$
    5. $2{,}0 \times 10^{-4}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$
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    Bonne réponse : $4{,}0 \times 10^{-4}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$
    Les ions $\mathrm{H_3O^+}$ et $\mathrm{CH_3COO^-}$ ont la même concentration, donc $\sigma = (\lambda_1 + \lambda_2)[\mathrm{H_3O^+}]$ et $[\mathrm{H_3O^+}] = \frac{15{,}6}{39{,}1} \approx 0{,}40\ \mathrm{mol\,m^{-3}}$. Avec $1\ \mathrm{mol\,m^{-3}} = 10^{-3}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$, on obtient $4{,}0 \times 10^{-4}\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$. Oublier la conversion donne $0{,}40\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$.
24. Débutant
    Quel est le symbole chimique du sodium ?
    1. $\mathrm{Sd}$
    2. $\mathrm{Na}$
    3. $\mathrm{S}$
    4. $\mathrm{So}$
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    Bonne réponse : $\mathrm{Na}$
    $\mathrm{S}$ est le symbole du soufre. Le chlorure de sodium (sel de cuisine) a pour formule $\mathrm{NaCl}$.
25. Débutant
    Quelle est la valeur approximative de la constante d'Avogadro ?
    1. $6{,}02 \times 10^{-23}\ \mathrm{mol^{-1}}$
    2. $3 \times 10^{8}\ \mathrm{mol^{-1}}$
    3. $1{,}6 \times 10^{-19}\ \mathrm{mol^{-1}}$
    4. $6{,}02 \times 10^{23}\ \mathrm{mol^{-1}}$
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    Bonne réponse : $6{,}02 \times 10^{23}\ \mathrm{mol^{-1}}$
    Une mole contient $6{,}02 \times 10^{23}$ entités. $3 \times 10^{8}\ \mathrm{m\,s^{-1}}$ est la célérité de la lumière et $1{,}6 \times 10^{-19}\ \mathrm{C}$ la charge élémentaire.
26. Débutant
    En général, quand la température augmente, la vitesse d'une réaction chimique :
    1. Diminue
    2. Reste constante
    3. Augmente
    4. S'annule
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    Bonne réponse : Augmente
    L'agitation thermique augmente la fréquence et l'efficacité des chocs entre entités réactives. C'est pourquoi on refroidit brusquement un mélange (trempe) pour bloquer une réaction.
27. Débutant
    À $25\ ^{\circ}\mathrm{C}$, une solution aqueuse de $\mathrm{pH} = 9$ est :
    1. Neutre
    2. Basique
    3. Acide
    4. Impossible à caractériser
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    Bonne réponse : Basique
    À $25\ ^{\circ}\mathrm{C}$ : $\mathrm{pH} < 7$ acide, $\mathrm{pH} = 7$ neutre, $\mathrm{pH} > 7$ basique.
28. Intermédiaire
    La constante d'équilibre $K$ associée à une réaction dépend :
    1. De la présence d'un catalyseur
    2. Uniquement de la température
    3. Des concentrations initiales des réactifs
    4. Du volume de la solution
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    Bonne réponse : Uniquement de la température
    $K$ est caractéristique de la réaction et ne dépend que de la température, contrairement à l'avancement final, qui dépend aussi de l'état initial.
29. Avancé
    On dose $V_1 = 20{,}0\ \mathrm{mL}$ d'eau oxygénée acidifiée par une solution de permanganate de potassium à $0{,}020\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$ ; l'équivalence est obtenue pour $V_E = 16{,}0\ \mathrm{mL}$. Réaction : $\mathrm{2MnO_4^- + 5H_2O_2 + 6H^+ \to 2Mn^{2+} + 5O_2 + 8H_2O}$. La concentration de l'eau oxygénée vaut :
    1. $0{,}025\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$
    2. $0{,}016\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$
    3. $0{,}10\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$
    4. $0{,}0064\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$
    5. $0{,}040\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$
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    Bonne réponse : $0{,}040\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$
    À l'équivalence, les réactifs sont dans les proportions stœchiométriques : $\frac{n(\mathrm{H_2O_2})}{5} = \frac{n(\mathrm{MnO_4^-})}{2}$. $n(\mathrm{MnO_4^-}) = 0{,}020 \times 16{,}0 \times 10^{-3} = 3{,}2 \times 10^{-4}\ \mathrm{mol}$, donc $n(\mathrm{H_2O_2}) = \frac{5}{2} \times 3{,}2 \times 10^{-4} = 8{,}0 \times 10^{-4}\ \mathrm{mol}$ et $C_1 = \frac{8{,}0 \times 10^{-4}}{0{,}020} = 0{,}040\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$. Oublier les coefficients donne $0{,}016\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$.
30. Avancé
    Une pile débite un courant de $0{,}1\ \mathrm{A}$ pendant $965\ \mathrm{s}$. Quelle quantité d'électrons a circulé ? ($F = 96\,500\ \mathrm{C\,mol^{-1}}$)
    1. $1{,}0 \times 10^{-2}\ \mathrm{mol}$
    2. $96{,}5\ \mathrm{mol}$
    3. $0{,}1\ \mathrm{mol}$
    4. $1{,}0 \times 10^{-3}\ \mathrm{mol}$
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    Bonne réponse : $1{,}0 \times 10^{-3}\ \mathrm{mol}$
    $Q = I \cdot \Delta t = 0{,}1 \times 965 = 96{,}5\ \mathrm{C}$ et $n(\mathrm{e^-}) = \frac{Q}{F} = \frac{96{,}5}{96\,500} = 10^{-3}\ \mathrm{mol}$.
31. Débutant
    L'électrolyse d'une solution de sulfate de cuivre(II) entre deux électrodes de graphite est une transformation :
    1. Nucléaire
    2. Spontanée
    3. Physique
    4. Acido-basique
    5. Forcée, imposée par le générateur
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    Bonne réponse : Forcée, imposée par le générateur
    Lors d'une électrolyse, le générateur impose le sens du courant et fait évoluer le système dans le sens inverse de son sens d'évolution spontanée : le quotient de réaction s'éloigne de la constante d'équilibre. Il s'agit d'une réaction d'oxydoréduction forcée.