QCM (école ADERF, Paris)

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Énoncé

Question n° 1
On veut doser un acide de formule AH dont la concentration est comprise entre 10−2 et 10−4 mol . L−1. Pour cela, on prélève 10 mL de cet acide que l'on verse dans un bécher. On remplit une burette graduée d'une solution d'hydroxyde de sodium de concentration C = 0,05 mol . L−1.
On ajoute progressivement la solution d'hydroxyde de sodium dans le bécher. Pour chaque volume V d'hydroxyde de sodium versé, on mesure le pH grâce à une sonde pH-métrique.
La courbe pH = f(V) présente deux points d'inflexion A et B dont les coordonnées sont les suivantes : A (pHA =  4,1 et V =  4,9 mL) et B (pHB =  7,8 et V = 9,8 mL).
Quelles sont les affirmations exactes ?
a. L'équation de la réaction qui sert de support au dosage est :
H3O+ + HO(aq) = 2H2O(1).
b. L'équation de la réaction qui sert de support au dosage est :
AH(aq) + HO(aq) = A(aq) + H2O(1).
c. L'acide est un acide totalement dissocié.
d. Le pKA de cet acide est égal à 4,1.
e. Le pKA de cet acide est égal à 3,9.
Question n° 2
L'oxydation complète d'un mélange d'éthanol et d'éthanal, de masse 80 g, conduit à un produit A. On introduit le dixième en masse du produit A dans une fiole jaugée de 100 mL contenant un peu d'eau distillée ; après dissolution du produit A, on complète la fiole jaugée à 100 mL avec de l'eau distillée.
On prélève 10 mL de cette solution que l'on dose à l'aide d'une solution d'hydroxyde de sodium de concentration égale à 1,0 mol . L−1.
Le volume équivalent vaut 17,5 mL.
Données :
Masses molaires en g . mol−1 : H : 1,0 ; C : 12 ; O : 16.
1,75 × 44 = 77  1,75×46 = 80,5
Quelles sont les affirmations exactes ?
a. Les quantités de matière d'éthanol et d'éthanal dans le mélange sont égales.
b. La quantité de matière d'éthanol dans le mélange est de 1,5 mol.
c. La quantité de matière d'éthanol dans le mélange est de 0,25 mol.
d. La quantité de matière d'éthanol dans le mélange est de 2,5 mol.
e. La quantité de matière d'éthanal dans le mélange est de 0,25 mol.
Question n° 3
On a obtenu un ester par l'action de l'éthanol sur un acide carboxylique. La combustion complète de 0,66 g de cet ester donne 1,32 g de dioxyde de carbone et 0,54 g d'eau.
Données :
Masses molaires en g.mol−1 : H : 1,0 ; C : 12 ; O : 16.
La densité de vapeur de l'ester par rapport à l'air est d = 3.
Quelles sont les affirmations exactes ?
a. La réaction d'estérification est une réaction spontanée.
b. L'ester obtenu est le propanoate d'éthyle.
c. L'ester obtenu est l'éthanoate d'éthyle.
d. L'acide de départ est l'acide propanoïque.
e. L'acide de départ est l'acide éthanoïque.
Question n° 4
On réalise une solution A en mélangeant 100 mL d'une solution de chlorure d'ammonium de concentration 5,0 . 10−2 . L−1 avec 20 mL d'une solution d'hydroxyde de sodium de concentration 2,0 . 10−1 mol . L−1. On n'observe aucun dégagement gazeux lors du mélange.
Données :
Couples acide/base : NH_{4}^{+} (aq)/ NH3 (aq) ; H2O (1)/ HO (aq).
Quelles sont les affirmations exactes ?
a. La réaction qui a lieu lors du mélange est :
NH_{4}^{+} (aq) + HO(aq) = NH3 (g) + H2O (1).
b. Le réactif limitant est l'ion NH_{4}^{+} (aq).
c. Le réactif limitant est l'ion HO(aq).
d. L'ion Na+ (aq) est spectateur.
e. La concentration molaire dans la solution A de l'ion Na+(aq) est égale à 2,0 . 10−1 mol . L−1.
Question n° 5
À propos de l'eau pure.
La molécule d'eau est formée de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène. La molécule est coudée. Les atomes d'hydrogène et d'oxygène présentent une différence d'électronégativé. Dans l'eau pure se produit une transformation limitée.
Donnée :
Le pH de l'eau pure à 25 °C est de 7,0.
Quelles sont les affirmations exactes ?
a. La molécule d'eau est polaire.
b. L'eau pure conduit faiblement le courant électrique.
c. L'eau pure ne conduit pas le courant électrique car la concentration en ion H3O+ est égale à la concentration en ion HO.
d. La transformation limitée est l'autoprotolyse de l'eau.
e. La transformation limitée est une réaction acido-basique.
Question n° 6
On mélange un volume V1 =  50 mL d'une solution d'acide chlorhydrique de concentration C1 = 1,5 . 10−2 mol . L−1 avec un volume V2 = 150 mL d'une solution aqueuse d'ammoniac de concentration C2 = 1,0 . 10−2 mol . L−1. On obtient une solution notée S.
Données :
Couples acide/ base : NH_{4}^{+} (aq)/ NH3 (aq) ; H2O/ HO (aq) ; H3O+ (aq)/ H2O (1).
Valeur du pKA du couple associé à l'ammoniac : 9,2.
On rappelle : \mathrm{pH}\,=\,\mathrm{pK_{A}}\,+\,{\log}\frac{[base\,conjugu\acute{e}e]}{[acide\, conjugu\acute{e}]}
Quelles sont les affirmations exactes ?
a. L'ammoniac aqueux NH3 (aq) réagit de façon totale avec l'eau.
b. La transformation qui se produit au cours du mélange est totale.
c. L'ion H3O+ est le réactif limitant.
d. Dans la solution S, la quantité de matière d'ammoniac aqueux est le double de la quantité de matière de son espèce conjuguée.
e. Le pH de la solution S a pour valeur 9,2.
Question n° 7
On dispose d'un volume V1 = 200 mL d'une solution de nitrate d'argent de concentration C1 = 0,1 mol . L−1, d'un volume V2 = 200 mL d'une solution de sulfate de cuivre de concentration C2 = 0,5 mol . L−1, d'un fil d'argent et d'une lame de cuivre.
On réalise les deux demi-piles suivantes :
  • le fil d'argent plonge dans la solution de nitrate d'argent ;
  • la lame de cuivre plonge dans la solution de sulfate de cuivre.
On réalise une pile en reliant les demi-piles précédentes par un pont salin.
Donnée :
La constante d'équilibre associée à la réaction suivante :
2Ag+ (aq) + Cu (s) = 2Ag (s) + Cu2+ (aq) est égale à K = 2 . 1015.
Quelles sont les affirmations exactes lorsque la pile débite ?
a. La réaction spontanée se produisant dans la pile est :
2Ag+ (aq) +  Cu (s) = 2Ag (s) + Cu2+ (aq).
b. La réaction spontanée se produisant dans la pile est :
2Ag(s) + Cu2+ (aq) = 2Ag+ (aq) + Cu (s).
c. La demi-pile argent est le siège d'une réduction.
d. La demi-pile cuivre est le siège d'une réduction.
e. La solution de sulfate de cuivre s'enrichit en ions Cu2+ (aq).
Question n° 8
On réalise au laboratoire la réaction, à chaud, entre l'hydroxyde de sodium et le propanoate d'éthyle.
Quelles sont les affirmations exactes ?
a. Cette réaction s'appelle une hydrolyse basique.
b. Un des produits formés est du propanol.
c. Un des produits formés est de l'acide propanoïque.
d. Cette réaction conduit à un état d'équilibre.
e. Cette réaction s'appelle une saponification.
Question n° 9
Lors d'une séance de travaux pratiques, un groupe d'étudiants réalise au laboratoire l'électrolyse d'une solution de sulfate de cuivre de concentration C = 0,5 mol . L−1 entre deux électrodes de cuivre. Le volume de la solution est évalué à V = 200 mL.
L'intensité I du courant reste constante et égale à 1 A pendant toute la durée Δt de l'expérience. On prendra Δt = 10 min.
Données :
La quantité d'électricité transportée par une mole d'électrons sera prise égale à 105 C . mol−1.
Masse molaire du cuivre : 64 g.mol−1.
Couple oxydant/ réducteur Cu2+ (aq)/Cu (s).
Que vaut la variation de masse de l'anode ?
a. −0,19 g.
b. +0,19 g.
c. −0,38 g.
d. +0,38 g.
e. −0,76 g.
Question n° 10
On veut déterminer les concentrations C1 et C2 en caféine de deux solutions de café 1 et 2 de deux provenances différentes, pour savoir lequel est le plus excitant. On considérera que cette propriété est d'autant plus forte que la concentration en caféine est plus importante.
On utilise une méthode spectrophotométrique pour réaliser ces dosages.
  • On commence par tracer la courbe d'absorption A = f(λ) pour une solution de caféine de concentration connue C.
  • Sur cette courbe, on détermine la longueur d'onde pour laquelle l'absorbance est maximale, soit λ = 271 nm.
  • On trace, pour cette longueur d'onde, la courbe d'étalonnage A = f(C) pour des solutions de caféine de concentrations connues. Un des points de cette droite a comme coordonnées A = 0,5 et C = 15 mg . L.
  • On mesure enfin les absorbances A1 et A2 pour les solutions de café 1 et 2 et on trouve A1 = 0,4 et A2 = 0,6.
Quelles sont les affirmations exactes ?
a. La concentration C1 est égale à 12 mg . L−1.
b. Le café 1 est plus excitant que le café 2.
c. La valeur de l'absorbance dépend de la longueur d'onde utilisée.
d. La courbe d'absorption est une droite qui passe par l'origine.
e. La concentration C2 est égale à 10 mg . L−1.

Corrigé

Question n° 1
Bonnes réponses : b, d.
Commentaire
Une courbe qui présente deux points d'inflexion est caractéristique du dosage d'un acide faible par une base forte.
On élimine la proposition a. qui correspond au dosage d'un acide fort par une base forte et on retient la proposition b. qui correspond au dosage d'un acide faible par une base forte.
Dans ce cas, nous avons pH = pKA à la demi-équivalence (premier point d'inflexion), soit :
pKA = 4,1.
Question n° 2
Bonnes réponses : b, e.
Commentaire
L'oxydation complète d'un mélange d'éthanol CH3-CH2OH et d'éthanal CH3-CHO conduit à la formation d'acide éthanoïque CH3-CO2H.
La quantité d'acide présente dans les 10 mL de prélèvement est :
n(A) = Cb × Vb
n(A) = 1,0 × 17,5×10-3
n(A) = 17,5 mmol
Soit une quantité d'acide totale dans 100 mL de 17,5 × 10 = 175 mmol.
Ce qui correspond au dixième, d'où initialement n(A) = 1,75 mol.
La masse molaire de l'alcool est de 46 g.mol−1 et celle de l'aldéhyde 44 g.mol−1.
Nous savons que 1,75 × 44 = 77 et 1,75 × 46 = 80,5.
Si la proposition a. était exacte, la masse initiale serait de (77 + 80,5) : 2 = 78,5 g, ce qui est faux.
Les propositions b. et e. sont exactes car elles donnent pour masse initiale 1,5 × 46 + 0,25 × 44 = 80 g.
Question n° 3
Bonnes réponses : a, c, e.
Commentaire
La masse molaire de l'ester est M = 29 × d = 29 × 3 = 87 g.mol−1
Le propanoate d'éthyle CH3-CH2-CO-O-CH2-CH3 a pour masse molaire 102 g.mol−1.
L'éthanoate d'éthyle CH3-CO-O-CH2-CH3 a pour masse molaire 88 g.mol−1.
L'ester est donc de l'éthanoate d'éthyle obtenu par action de l'acide éthanoïque sur l'éthanol.
Question n° 4
Bonnes réponses : c, d.
Commentaire
Cette réaction acido-basique met en jeu l'acide du premier couple avec la base du deuxième couple. La proposition a. serait juste si l'ammoniac formé était à l'état aqueux et non gazeux.
La quantité d'acide (ion ammonium) est :
na = Ca × Va = 5,0 × 10−2 × 0,100 = 5,0 × 10−3 mol.
La quantité de base (ion hydroxyde) est :
nb = Cb × Vb = 2,0 × 10−1 × 0,020 = 4,0 × 10−3 mol.
Le réactif limitant est donc celui de la proposition c.
L'ion sodium est dilué lorsque l'on mélange les solutions. Il ne peut pas avoir la même concentration qu'au départ.
[\mathrm{Na^{+}}]\,=\,\frac{n_{\mathrm{b}}}{\mathrm{V_{a}\,+\,V_{b}}}\,=\,\frac{4,0\times{10^{-3}}}{0,100\,+\,0,020}\,=\,3,3\times{10^{-2}}\mathrm{mol.L^{-1}}
Question n° 5
Bonnes réponses : a, b, d, e.
Commentaire
La différence d'électronégativité entre les atomes d'hydrogène et d'oxygène conduit à la polarisation de la molécule d'eau. La proposition a. est juste.
L'eau est l'acide du couple H2O/ HO et la base du couple H3O+/ H2O. La réaction acido-basique appelée autoprotolyse de l'eau conduit à l'équilibre 2H2O = H3O+ + HO-. On valide ainsi les propositions d. et e.
La présence d'ions en quantité infime dans l'eau pure permet un faible passage du courant, comme cela est proposé en b.
Question n° 6
Bonnes réponses : b, c, e.
Commentaire
L'ammoniac est une base faible. Sa réaction avec l'eau est limitée, contrairement à la proposition a.
L'équation de la transformation étudiée est :
NH_{3}(aq)\,+\,H_{33}O^+(aq)\,=\,NH_{4}^{+}(aq)\,+\,H_{2}O\,(l)
Le quotient de réaction vaut :
Qr = 10 pKa(base) − pKa(acide)= 10(9,2-0) = 109,2
Qr > 1, la transformation est totale comme proposé en b.
Les quantités introduites sont :
n(H3O+) = C1 × V1  = 1,5 × 10-2 × 0,050 = 0,75 mmol
n(NH3) = C2 × V2 = 1,0 × 10-2 × 0,150 = 1,5 mmol
La proposition c. est donc juste.
En fin de transformation, les ions ammonium et l'ammoniac sont en quantités égales, contrairement à la proposition d.
La solution obtenue est une solution tampon de pH = pKA, soit 9,2 comme proposé en e.
Question n° 7
Bonnes réponses : a, c, e.
Commentaire
Soit la réaction proposée :
2Ag+(aq) +Cu(S) = 2Ag(S) + Cu2+(aq)
Dans les conditions initiales de la pile :
\mathrm{Q_{ri}}\,=\,\frac{[\mathrm{Cu^{2+}}]}{[\mathrm{Ag^{+}]_{i}^{2}}}\,=\,\frac{0,5}{0,1^{2}}\,=\,50
Q_{ri}ri\,/lt\,K
La transformation évolue donc dans le sens direct. On choisira la proposition a. et on écarte b.
Pour cette transformation, il y a réduction (gain d'électrons) des ions argent (proposition c. juste) et oxydation du cuivre (proposition d. fausse).
Conformément à la proposition e., des ions cuivre II sont formés.
Question n° 8
Bonnes réponses : a, e.
Commentaire
La réaction d'un ester avec une base forte est une hydrolyse basique (ou saponification) qui conduit à la formation d'un alcool et d'un ion carboxylate. Le propanoate d'éthyle donne l'ion propanoate et de l'éthanol. Cette réaction est totale.
Question n° 9
Bonne réponse : a.
Commentaire
La quantité d'électrons qui a traversé la cuve est :
n_{\mathrm{e}}\,=\,\frac{\mathrm{Q}}{\mathrm{F}}\,=\,\frac{\mathrm{I\times{\Delta{t}}}}{\mathrm{F}}\,=\,\frac{1\times{10}\times{60}}{10^{5}}\,=\,6,0\,\mathrm{mmol}
À l'anode, la réaction d'oxydation est Cu = Cu2+ + 2 e.
La variation de masse est donnée par le cuivre oxydé, soit :
Δm  = −\frac{1}{2} × ne × MCu = − 0,5 × 6,0 × 10- 3× 64 = − 0,19 g
Question n° 10
Bonnes réponses : a, c.
Commentaire
L'absorbance est proportionnelle à la concentration avec A = k × C.
Le coefficient d'absorbance est :
k\,=\,\frac{\mathrm{A}}{\mathrm{C}}\,=\,\frac{0,5}{15}\,=\,0,033\,\mathrm{mg^{-1}.L}
C1 = \frac{0,4}{0,033} = 12 mg.L−1
La proposition a. est juste.
C2 est plus grande que C1 car l'absorbance est plus élevée.
La proposition b. est fausse.
L'absorbance varie avec la longueur d'onde selon une courbe de type :
c. est juste, mais d. n'est pas valable.
La concentration étant proportionnelle à l'absorbance, le café 2 contient plus de caféine. Sa concentration ne peut pas être inférieure à C1, comme cela est proposé en e.
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