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Spécialité Physique-Chimie 1ʳᵉ

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Cohésion et solubilité des espèces chimiques

Cohésion des solides ioniques et moléculaires ; interactions de Van der Waals et liaison hydrogène ; dissolution d’un solide ionique dans l’eau et concentrations des ions ; solubilité et miscibilité ; extraction liquide-liquide ; espèces hydrophiles, lipophiles et amphiphiles, propriétés des savons.

À propos de cette page
Un QCM sur la cohésion et la solubilité en trois niveaux de douze questions : les repères (interactions, liaison hydrogène, miscibilité, micelles), les applications (équations de dissolution, concentrations des ions, choix d’un solvant), puis les raisonnements (alcools, mélanges de solutions, eau dure). Chaque réponse est expliquée.

Les 36 questions du QCM en version texte

Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.

Niveau facile ★ — 12 questions

  1. Quelle interaction assure la cohésion d’un cristal de chlorure de potassium KCl ?

    • A. Des liaisons hydrogène entre molécules
    • B. L’interaction électrostatique entre ions
    • C. Des interactions de Van der Waals seules
    • D. Des liaisons covalentes entre atomes
    Réponse

    B. L’interaction électrostatique entre ions — KCl est un solide ionique, formé d’ions K⁺ et Cl⁻ : sa cohésion vient de l’attraction électrostatique entre ions de signes opposés.

  2. Dans une équation de dissolution, la notation (aq) signifie que l’espèce est :

    • A. un solide cristallisé
    • B. un liquide pur
    • C. un gaz qui se dégage
    • D. dissoute dans l’eau
    Réponse

    D. dissoute dans l’eau — (aq) signifie « en solution aqueuse » : l’espèce est dissoute et entourée de molécules d’eau ; le solide est noté (s).

  3. Une liaison hydrogène s’établit entre un atome H lié à N, O ou F et :

    • A. un doublet non liant de N, O ou F
    • B. un atome de carbone d’une chaîne
    • C. un ion sodium Na⁺ dissous
    • D. un atome H lié à un carbone
    Réponse

    A. un doublet non liant de N, O ou F — Le H lié à N, O ou F porte une charge partielle δ+ ; il est attiré par un doublet non liant d’un atome N, O ou F voisin.

  4. Deux liquides sont miscibles lorsque :

    • A. ils ont la même masse volumique
    • B. leur mélange forme deux phases
    • C. leur mélange forme une seule phase
    • D. ils bouillent à la même température
    Réponse

    C. leur mélange forme une seule phase — Miscibles signifie que le mélange est homogène : une seule phase, quelles que soient les densités.

  5. Dans l’ion carboxylate R–COO⁻ d’un savon, la partie hydrophile est :

    • A. la longue chaîne carbonée R
    • B. le groupe CH₃ en bout de chaîne
    • C. le groupe carboxylate –COO⁻
    • D. l’ion tout entier, sans distinction
    Réponse

    C. le groupe carboxylate –COO⁻ — Le groupe –COO⁻, chargé, interagit fortement avec l’eau ; la chaîne carbonée R, apolaire, est lipophile.

  6. Lors de la dissolution d’un solide ionique dans l’eau, l’étape au cours de laquelle les ions solvatés se répartissent dans toute la solution s’appelle :

    • A. la dispersion
    • B. la dissociation
    • C. la solvatation
    • D. la précipitation
    Réponse

    A. la dispersion — Les trois étapes sont la dissociation (les ions du cristal se séparent), la solvatation (chaque ion s’entoure de molécules d’eau), puis la dispersion (les ions solvatés se répartissent dans toute la solution). Une précipitation est au contraire la formation d’un solide.

  7. La plus soluble dans l’eau de ces espèces est :

    • A. le diiode I₂
    • B. le cyclohexane C₆H₁₂
    • C. l’octane C₈H₁₈
    • D. le méthanol CH₃OH
    Réponse

    D. le méthanol CH₃OH — Le méthanol, polaire, forme des liaisons hydrogène avec l’eau, à laquelle il est miscible ; les trois autres espèces sont apolaires.

  8. Les interactions de Van der Waals s’exercent :

    • A. seulement entre ions de signes opposés
    • B. entre toutes les entités, polaires ou non
    • C. seulement entre molécules polaires
    • D. seulement entre atomes H et O
    Réponse

    B. entre toutes les entités, polaires ou non — Elles existent entre toutes les entités ; elles sont plus intenses pour des molécules polaires, riches en électrons ou à grande surface de contact.

  9. À la fusion d’un solide moléculaire, on rompt :

    • A. les interactions entre molécules
    • B. les liaisons covalentes des molécules
    • C. les interactions entre ions du cristal
    • D. les liaisons C–H des molécules
    Réponse

    A. les interactions entre molécules — Un changement d’état ne casse pas les molécules : seules les interactions intermoléculaires (Van der Waals, liaisons hydrogène) sont rompues.

  10. Autour d’un anion dissous dans l’eau, chaque molécule d’eau tourne vers l’ion :

    • A. son atome O, porteur de δ−
    • B. ses deux atomes H et son O
    • C. un atome H, porteur de δ+
    • D. aucun atome en particulier
    Réponse

    C. un atome H, porteur de δ+ — L’anion, chargé négativement, attire la charge partielle δ+ portée par un atome H ; autour d’un cation, c’est l’atome O (δ−) qui est tourné vers l’ion.

  11. Dans une ampoule à décanter, la phase située en bas est :

    • A. toujours la phase aqueuse
    • B. la phase la plus dense
    • C. toujours la phase organique
    • D. la phase la plus abondante
    Réponse

    B. la phase la plus dense — Seule la densité compte : un solvant plus dense que l’eau donne une phase organique en bas, un solvant moins dense une phase organique en haut.

  12. Dans une micelle de savon formée dans l’eau, les chaînes carbonées sont :

    • A. tournées vers l’eau, à l’extérieur
    • B. dissoutes une à une dans l’eau
    • C. liées aux ions sodium Na⁺
    • D. regroupées au centre de la micelle
    Réponse

    D. regroupées au centre de la micelle — Les chaînes lipophiles se regroupent au centre, à l’abri de l’eau ; les têtes hydrophiles forment la surface, au contact de l’eau.

Niveau moyen ★★ — 12 questions

  1. On dissout 0,0420 mol de chlorure de calcium CaCl₂ pour obtenir 0,600 L de solution. [Cl⁻] vaut :

    • A. 0,0700 mol·L⁻¹
    • B. 0,0840 mol·L⁻¹
    • C. 0,140 mol·L⁻¹
    • D. 0,0252 mol·L⁻¹
    Réponse

    C. 0,140 mol·L⁻¹ — c = 0,0420 ÷ 0,600 = 0,0700 mol·L⁻¹ et CaCl₂ libère deux ions Cl⁻ : [Cl⁻] = 2c = 0,140 mol·L⁻¹. 0,0840 oublie le volume, 0,0252 multiplie n par V.

  2. L’équation de dissolution du sulfate d’ammonium (NH₄)₂SO₄ est :

    • A. (NH₄)₂SO₄(s) → 2 NH₄⁺(aq) + SO₄²⁻(aq)
    • B. (NH₄)₂SO₄(s) → (NH₄)₂²⁺(aq) + SO₄²⁻(aq)
    • C. (NH₄)₂SO₄(s) → 2 NH₄⁺(aq) + SO₄⁻(aq)
    • D. (NH₄)₂SO₄(s) → NH₄⁺(aq) + SO₄²⁻(aq)
    Réponse

    A. (NH₄)₂SO₄(s) → 2 NH₄⁺(aq) + SO₄²⁻(aq) — L’indice 2 devient un coefficient : deux ions NH₄⁺ compensent la charge −2 de l’ion sulfate. L’ion « (NH₄)₂²⁺ » n’existe pas.

  3. Une solution de bromure de calcium CaBr₂ contient des ions Br⁻ à 0,360 mol·L⁻¹. La concentration apportée en CaBr₂ vaut :

    • A. 0,360 mol·L⁻¹
    • B. 0,720 mol·L⁻¹
    • C. 0,0900 mol·L⁻¹
    • D. 0,180 mol·L⁻¹
    Réponse

    D. 0,180 mol·L⁻¹ — CaBr₂ libère deux ions Br⁻ : [Br⁻] = 2c, donc c = 0,360 ÷ 2 = 0,180 mol·L⁻¹.

  4. Pour extraire une espèce dissoute dans l’eau, le solvant extracteur doit être :

    • A. miscible à l’eau et plus dense qu’elle
    • B. non miscible à l’eau, l’espèce y étant plus soluble
    • C. miscible à l’eau, l’espèce y étant plus soluble
    • D. non miscible à l’eau et moins dense qu’elle
    Réponse

    B. non miscible à l’eau, l’espèce y étant plus soluble — Il faut deux phases (non miscible) et un meilleur solvant de l’espèce que l’eau ; la densité indique seulement la position des phases.

  5. Le propan-1-ol (ébullition à 97 °C) bout bien plus haut que le propane (−42 °C) car :

    • A. ses molécules sont des ions de signes opposés
    • B. ses liaisons C–C sont plus solides
    • C. il ne subit aucune interaction de Van der Waals
    • D. ses molécules s’associent par liaisons hydrogène
    Réponse

    D. ses molécules s’associent par liaisons hydrogène — Le groupe –OH du propan-1-ol permet des liaisons hydrogène entre molécules, absentes dans le propane. Une ébullition ne rompt aucune liaison C–C.

  6. Le naphtalène C₁₀H₈, apolaire, est bien plus soluble dans le cyclohexane que dans l’eau car :

    • A. il forme des ions dans le cyclohexane
    • B. soluté et solvant sont tous deux apolaires
    • C. l’eau est un solvant apolaire
    • D. le cyclohexane forme des liaisons hydrogène
    Réponse

    B. soluté et solvant sont tous deux apolaires — Entre deux espèces apolaires s’exercent des interactions de Van der Waals, comme au sein de chacune ; dans l’eau, il faudrait rompre des liaisons hydrogène sans compensation.

  7. Une ampoule contient de l’eau (d = 1,00) et du chlorobenzène (d = 1,11), non miscibles. Alors :

    • A. la phase organique est en bas
    • B. la phase aqueuse est en bas
    • C. les deux phases se mélangent
    • D. la phase organique est en haut
    Réponse

    A. la phase organique est en bas — La phase la plus dense est en bas, même si l’écart est faible : ici la phase organique (1,11 > 1,00).

  8. Masse d’iodure de potassium KI (M = 166,0 g·mol⁻¹) à dissoudre pour obtenir 200,0 mL de solution où [K⁺] = 0,0250 mol·L⁻¹ :

    • A. 0,0830 g
    • B. 1,66 g
    • C. 0,830 g
    • D. 8,30 g
    Réponse

    C. 0,830 g — KI libère un ion K⁺ : c = 0,0250 mol·L⁻¹ ; n = 0,0250 × 0,2000, soit 5,00 × 10⁻³ mol ; m = 5,00 × 10⁻³ × 166,0 = 0,830 g. 1,66 g compterait deux ions K⁺ par entité.

  9. Dans une solution de nitrate d’aluminium Al(NO₃)₃ à 0,0200 mol·L⁻¹, [NO₃⁻] vaut :

    • A. 0,0200 mol·L⁻¹
    • B. 0,0600 mol·L⁻¹
    • C. 0,00667 mol·L⁻¹
    • D. 0,0300 mol·L⁻¹
    Réponse

    B. 0,0600 mol·L⁻¹ — Al(NO₃)₃(s) → Al³⁺(aq) + 3 NO₃⁻(aq) : [NO₃⁻] = 3 × 0,0200 = 0,0600 mol·L⁻¹. 0,00667 divise par 3 au lieu de multiplier.

  10. Le glycérol HO–CH₂–CH(OH)–CH₂–OH et l’eau sont miscibles en toutes proportions car :

    • A. le glycérol se dissocie en ions dans l’eau
    • B. ils ont la même masse volumique
    • C. le glycérol est une molécule apolaire
    • D. leurs molécules forment des liaisons hydrogène entre elles
    Réponse

    D. leurs molécules forment des liaisons hydrogène entre elles — Les trois groupes –OH du glycérol et les molécules d’eau forment des liaisons hydrogène, du même type que celles qui existent dans chaque liquide pur. Le glycérol, plus dense que l’eau, se dissout sans former d’ions.

  11. La solubilité du chlorure de sodium vaut 360 g par litre d’eau à 25 °C. La masse maximale de sel dissous dans 250 mL d’eau à 25 °C vaut :

    • A. 90 g
    • B. 1,44 × 10³ g
    • C. 0,694 g
    • D. 9,0 g
    Réponse

    A. 90 g — m = 360 × 0,250 = 90 g. 1,44 × 10³ g divise par le volume au lieu de multiplier ; 0,694 g divise le volume en millilitres par la solubilité.

  12. Le solide ionique formé d’ions Al³⁺ et Cl⁻ a pour formule statistique :

    • A. Al₃Cl
    • B. AlCl
    • C. AlCl₃
    • D. Al₂Cl₃
    Réponse

    C. AlCl₃ — Un ion Al³⁺ (+3) est compensé par trois ions Cl⁻ (3 × (−1)) : AlCl₃.

Niveau difficile ★★★ — 12 questions

  1. L’éthanol est miscible à l’eau, l’octan-1-ol très peu soluble. L’explication la plus juste :

    • A. l’octan-1-ol n’a pas de groupe hydroxyle
    • B. l’éthanol est ionique, pas l’octan-1-ol
    • C. l’octan-1-ol est plus polaire que l’éthanol
    • D. la longue chaîne de l’octan-1-ol est lipophile
    Réponse

    D. la longue chaîne de l’octan-1-ol est lipophile — Les deux alcools ont un seul groupe –OH ; la chaîne de huit carbones de l’octan-1-ol, apolaire, domine et limite sa solubilité dans l’eau.

  2. Quelle affirmation sur la dissolution du bromure de lithium LiBr dans l’eau est FAUSSE ?

    • A. Les ions Li⁺ s’entourent des atomes O de l’eau
    • B. Des liaisons covalentes Li–Br sont rompues
    • C. Les ions Br⁻ attirent des atomes H de l’eau
    • D. La solution obtenue conduit le courant
    Réponse

    B. Des liaisons covalentes Li–Br sont rompues — LiBr est un solide ionique : il n’a pas de liaison covalente Li–Br, mais des ions que l’eau dissocie et solvate ; les ions dispersés conduisent le courant.

  3. Au fond d’une solution aqueuse saturée d’acide salicylique, espèce bien plus soluble dans l’éthanol que dans l’eau, il reste du solide. On ajoute de l’éthanol en agitant. On observe :

    • A. qu’un nouveau solide apparaît
    • B. que rien ne change
    • C. qu’une partie du solide se dissout
    • D. que deux phases liquides se forment
    Réponse

    C. qu’une partie du solide se dissout — La solubilité dépend de la composition du mélange de solvants : en ajoutant de l’éthanol, miscible à l’eau, on augmente la solubilité de l’acide salicylique, et une partie du solide se dissout.

  4. HF bout à 20 °C et HBr à −67 °C, alors que HBr a bien plus d’électrons. Cet écart s’explique par :

    • A. les liaisons hydrogène entre molécules HF
    • B. la plus grande taille de la molécule HF
    • C. le caractère ionique du fluorure d’hydrogène
    • D. la rupture des liaisons H–F à l’ébullition
    Réponse

    A. les liaisons hydrogène entre molécules HF — F est très électronégatif : un H lié à F forme des liaisons hydrogène. Une ébullition ne rompt aucune liaison covalente.

  5. On mélange 25,0 mL de Na₂SO₄ à 0,0150 mol·L⁻¹ et 25,0 mL de NaCl à 0,0150 mol·L⁻¹. Dans le mélange, [Na⁺] vaut :

    • A. 0,0450 mol·L⁻¹
    • B. 0,0225 mol·L⁻¹
    • C. 0,0300 mol·L⁻¹
    • D. 0,0150 mol·L⁻¹
    Réponse

    B. 0,0225 mol·L⁻¹ — n(Na⁺) = 2 × 0,0150 × 0,0250 + 0,0150 × 0,0250, soit 1,125 × 10⁻³ mol, dans 0,0500 L : 0,0225 mol·L⁻¹. 0,0450 oublie la dilution par le mélange.

  6. Laquelle de ces espèces est amphiphile ?

    • A. l’hexane C₆H₁₄, apolaire
    • B. le chlorure de sodium NaCl
    • C. le glucose C₆H₁₂O₆, très soluble
    • D. l’ion dodécanoate C₁₁H₂₃COO⁻
    Réponse

    D. l’ion dodécanoate C₁₁H₂₃COO⁻ — L’ion dodécanoate associe une tête –COO⁻ hydrophile et une chaîne C₁₁H₂₃– lipophile. L’hexane est seulement lipophile, le glucose seulement hydrophile.

  7. Ce qui permet à l’eau de séparer les ions d’un cristal ionique, c’est d’abord qu’elle :

    • A. rompt les liaisons covalentes qui unissent les ions
    • B. est formée de molécules apolaires
    • C. affaiblit fortement l’attraction entre les ions
    • D. transforme les ions en molécules neutres
    Réponse

    C. affaiblit fortement l’attraction entre les ions — L’eau, polaire, affaiblit fortement l’attraction électrostatique entre les ions (permittivité relative voisine de 78) : ils se séparent, puis ses molécules s’orientent autour de chacun (solvatation). Un cristal ionique ne contient aucune liaison covalente entre ses ions, et les ions dissous restent des ions.

  8. Une espèce A est soluble à 12 g·L⁻¹ dans l’eau, 310 g·L⁻¹ dans le cyclohexane (non miscible à l’eau) et 450 g·L⁻¹ dans la propanone (miscible à l’eau). Pour extraire A d’une solution aqueuse, on choisit :

    • A. le cyclohexane
    • B. la propanone, où A est le plus soluble
    • C. un mélange d’eau et de propanone
    • D. l’eau, où A est déjà dissoute
    Réponse

    A. le cyclohexane — La propanone, miscible à l’eau, ne forme pas deux phases. Le cyclohexane, non miscible et bien meilleur solvant de A que l’eau, convient.

  9. Le méthoxyméthane CH₃–O–CH₃ ne forme pas de liaisons hydrogène entre ses propres molécules, mais il est assez soluble dans l’eau (71 g·L⁻¹ à 20 °C), car :

    • A. ses atomes H forment des liaisons hydrogène
    • B. il se dissocie en ions dans l’eau
    • C. c’est une molécule apolaire
    • D. son atome O reçoit des liaisons hydrogène de l’eau
    Réponse

    D. son atome O reçoit des liaisons hydrogène de l’eau — Ses H, liés à des carbones, ne forment pas de liaison hydrogène ; mais les doublets non liants de son atome O attirent les H des molécules d’eau.

  10. Une solution aqueuse d’urée CO(NH₂)₂ ne conduit pas mieux le courant que l’eau, car :

    • A. l’urée se dissout sans libérer d’ions
    • B. l’urée est insoluble dans l’eau
    • C. les ions de l’urée ne sont pas solvatés
    • D. l’urée est une molécule apolaire
    Réponse

    A. l’urée se dissout sans libérer d’ions — L’urée est une espèce moléculaire : ses molécules restent entières, solvatées par liaisons hydrogène ; aucun ion ne transporte le courant.

  11. Dans une solution de phosphate de sodium Na₃PO₄, l’électroneutralité s’écrit :

    • A. 3 [Na⁺] = [PO₄³⁻]
    • B. [Na⁺] = [PO₄³⁻]
    • C. [Na⁺] = 3 [PO₄³⁻]
    • D. [Na⁺] + [PO₄³⁻] = 0
    Réponse

    C. [Na⁺] = 3 [PO₄³⁻] — Chaque ion Na⁺ porte une charge positive, chaque ion PO₄³⁻ trois charges négatives : [Na⁺] = 3 [PO₄³⁻]. Avec [Na⁺] = 3c et [PO₄³⁻] = c, on a bien 3c = 3c.

  12. Dans une eau dure, riche en ions Ca²⁺, un savon mousse peu et lave mal, car :

    • A. les ions Ca²⁺ rendent la graisse polaire
    • B. ses ions carboxylate précipitent avec Ca²⁺
    • C. l’eau dure est un solvant apolaire
    • D. les micelles se dissocient en ions Na⁺
    Réponse

    B. ses ions carboxylate précipitent avec Ca²⁺ — Les ions carboxylate forment avec Ca²⁺ un solide qui précipite : ils ne sont plus disponibles pour former des micelles tant qu’il reste des ions calcium.

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