Ressources · 1ʳᵉ · Spécialité Physique-Chimie
Quantité de matière et concentrations
Masse molaire d’une espèce ; quantité de matière d’un solide, d’un liquide ou d’un mélange (n = m ÷ M) ; volume molaire d’un gaz ; concentration en quantité de matière d’un soluté et lien avec la concentration en masse ; préparer une solution par dissolution ou par dilution.
À propos de cette page
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
L’unité de la concentration en quantité de matière est :
- A. le gramme par litre (g·L⁻¹)
- B. la mole par litre (mol·L⁻¹)
- C. la mole par gramme (mol·g⁻¹)
- D. le gramme par mole (g·mol⁻¹)
Réponse
B. la mole par litre (mol·L⁻¹) — C = n ÷ V s’exprime en mol·L⁻¹. Le gramme par litre est l’unité de la concentration en masse, le gramme par mole celle de la masse molaire.
Avec H : 1,0 g·mol⁻¹ et O : 16,0 g·mol⁻¹, la masse molaire de l’eau H₂O vaut :
- A. 16,0 g·mol⁻¹
- B. 17,0 g·mol⁻¹
- C. 18,0 g·mol⁻¹
- D. 34,0 g·mol⁻¹
Réponse
C. 18,0 g·mol⁻¹ — M(H₂O) = 2 × 1,0 + 16,0 = 18,0 g·mol⁻¹ : les deux atomes d’hydrogène comptent chacun pour 1,0 g·mol⁻¹. 17,0 n’en compte qu’un.
La constante d’Avogadro vaut environ :
- A. 6,02 × 10²³ mol⁻¹
- B. 6,02 × 10²³ g·mol⁻¹
- C. 6,02 × 10⁻²³ mol⁻¹
- D. 6,02 × 10²³ L·mol⁻¹
Réponse
A. 6,02 × 10²³ mol⁻¹ — C’est un nombre d’entités par mole : son unité est mol⁻¹, et non une masse ou un volume par mole.
Diluer une solution consiste à :
- A. ajouter du soluté sans changer le volume total
- B. évaporer une partie du solvant de la solution
- C. ajouter à la fois du soluté et du solvant
- D. ajouter du solvant sans changer la quantité de soluté
Réponse
D. ajouter du solvant sans changer la quantité de soluté — La dilution conserve la quantité de soluté et augmente le volume : la concentration diminue. C’est ce qui justifie C₀ × V₀ = C₁ × V₁.
La masse molaire d’une espèce chimique est :
- A. la masse d’une mole d’entités de cette espèce
- B. la masse d’une seule entité de cette espèce
- C. le nombre d’entités contenues dans un gramme
- D. la masse d’un litre de cette espèce pure
Réponse
A. la masse d’une mole d’entités de cette espèce — M est la masse d’une mole d’entités, en g·mol⁻¹ : c’est la masse d’une entité multipliée par la constante d’Avogadro.
La quantité de matière n d’un corps pur de masse m et de masse molaire M vaut :
- A. n = m × M
- B. n = m ÷ M
- C. n = M ÷ m
- D. n = m + M
Réponse
B. n = m ÷ M — Chaque mole a pour masse M : le nombre de moles est m ÷ M. L’unité le confirme : g ÷ g·mol⁻¹ = mol.
Le volume molaire d’un gaz dépend :
- A. de la nature du gaz uniquement
- B. de la masse de l’échantillon de gaz
- C. de la température et de la pression
- D. de la masse molaire du gaz étudié
Réponse
C. de la température et de la pression — À température et pression données, tous les gaz ont pratiquement le même volume molaire ; il change quand la température ou la pression change.
Dans la relation C = n ÷ V, le volume V est :
- A. le volume d’eau versé sur le soluté
- B. le volume occupé par le soluté seul
- C. le volume de la pipette de prélèvement
- D. le volume de la solution obtenue
Réponse
D. le volume de la solution obtenue — V est le volume de la solution, mesuré au trait de jauge de la fiole, et non le volume d’eau versé : les volumes ne s’ajoutent pas exactement.
Au cours d’une dilution, la grandeur qui se conserve est :
- A. la concentration de la solution
- B. la quantité de matière de soluté
- C. le volume de la solution
- D. la masse totale de la solution
Réponse
B. la quantité de matière de soluté — Le soluté prélevé se retrouve entier dans la solution fille : n = C₀ × V₀ = C₁ × V₁. La concentration et le volume changent.
Pour un soluté de masse molaire M, la concentration en masse Cₘ et la concentration en quantité de matière C vérifient :
- A. Cₘ = C ÷ M
- B. Cₘ = M ÷ C
- C. Cₘ = C × M
- D. Cₘ = C + M
Réponse
C. Cₘ = C × M — Cₘ = m ÷ V et m = n × M, donc Cₘ = C × M : des mol·L⁻¹ multipliées par des g·mol⁻¹ donnent des g·L⁻¹.
Sous 1 013 hPa et à 0 °C, une mole de gaz occupe environ :
- A. 22,4 L
- B. 24,5 L
- C. 1,00 L
- D. 6,02 L
Réponse
A. 22,4 L — Vₘ = 22,4 L·mol⁻¹ à 0 °C sous 1 013 hPa ; 24,5 L·mol⁻¹ est la valeur à 25 °C.
La masse molaire d’un ion est pratiquement égale à celle des atomes qui le composent, car :
- A. un ion ne contient pas de neutrons
- B. sa charge compense la masse perdue
- C. il a gagné ou perdu des neutrons
- D. la masse des électrons est négligeable
Réponse
D. la masse des électrons est négligeable — Un ion ne gagne ou ne perd que des électrons, environ 1 830 fois plus légers qu’un nucléon : sa masse molaire ne change pas de façon mesurable.
Niveau moyen ★★ — 12 questions
Quantité de matière de 3,00 g de carbonate de calcium CaCO₃ (M = 100,1 g·mol⁻¹) :
- A. 3,00 × 10⁻² mol
- B. 3,00 × 10⁻¹ mol
- C. 3,34 × 10¹ mol
- D. 3,00 × 10² mol
Réponse
A. 3,00 × 10⁻² mol — n = m ÷ M = 3,00 ÷ 100,1 ≈ 3,00 × 10⁻² mol. 3,34 × 10¹ est le quotient à l’envers, 3,00 × 10² le produit.
On dissout 0,0250 mol de soluté pour obtenir 125,0 mL de solution. La concentration vaut :
- A. 3,13 × 10⁻³ mol·L⁻¹
- B. 0,200 mol·L⁻¹
- C. 2,00 mol·L⁻¹
- D. 5,00 mol·L⁻¹
Réponse
B. 0,200 mol·L⁻¹ — V = 0,1250 L et C = 0,0250 ÷ 0,1250 = 0,200 mol·L⁻¹. 5,00 vient du quotient pris à l’envers ; 3,13 × 10⁻³ multiplie n par V.
Une solution de saccharose (M = 342,0 g·mol⁻¹) a une concentration en masse de 51,3 g·L⁻¹. Sa concentration en quantité de matière vaut :
- A. 1,50 mol·L⁻¹
- B. 6,67 mol·L⁻¹
- C. 0,150 mol·L⁻¹
- D. 1,75 × 10⁴ mol·L⁻¹
Réponse
C. 0,150 mol·L⁻¹ — C = Cₘ ÷ M = 51,3 ÷ 342,0 = 0,150 mol·L⁻¹. Multiplier au lieu de diviser donnerait 1,75 × 10⁴, une valeur absurde.
Pour préparer 250,0 mL d’une solution cinq fois moins concentrée qu’une solution mère, on prélève :
- A. 125,0 mL de solution mère
- B. 25,0 mL de solution mère
- C. 5,0 mL de solution mère
- D. 50,0 mL de solution mère
Réponse
D. 50,0 mL de solution mère — V₀ = V₁ ÷ F = 250,0 ÷ 5 = 50,0 mL, que l’on complète au trait de jauge d’une fiole de 250,0 mL.
Volume occupé par 0,250 mol de gaz quand Vₘ = 24,0 L·mol⁻¹ :
- A. 6,00 L
- B. 96,0 L
- C. 1,04 × 10⁻² L
- D. 24,3 L
Réponse
A. 6,00 L — V = n × Vₘ = 0,250 × 24,0 = 6,00 L. Diviser au lieu de multiplier donnerait 1,04 × 10⁻² L ; 96,0 divise Vₘ par n.
Nombre d’entités contenues dans 0,0200 mol :
- A. 1,20 × 10²⁵
- B. 3,01 × 10²⁵
- C. 1,20 × 10²²
- D. 3,32 × 10⁻²⁶
Réponse
C. 1,20 × 10²² — N = n × 6,02 × 10²³ = 0,0200 × 6,02 × 10²³ = 1,20 × 10²² entités. 3,32 × 10⁻²⁶ est le quotient de n par la constante d’Avogadro.
Avec H 1,0 ; N 14,0 ; O 16,0 g·mol⁻¹, la masse molaire de l’acide nitrique HNO₃ vaut :
- A. 31,0 g·mol⁻¹
- B. 63,0 g·mol⁻¹
- C. 79,0 g·mol⁻¹
- D. 46,0 g·mol⁻¹
Réponse
B. 63,0 g·mol⁻¹ — M = 1,0 + 14,0 + 3 × 16,0 = 63,0 g·mol⁻¹. 31,0 ne compte qu’un oxygène, 79,0 en compte quatre.
Masse de 0,150 mol d’hydroxyde de sodium NaOH (M = 40,0 g·mol⁻¹) :
- A. 267 g
- B. 3,75 × 10⁻³ g
- C. 0,600 g
- D. 6,00 g
Réponse
D. 6,00 g — m = n × M = 0,150 × 40,0 = 6,00 g. 267 g divise M par n, 3,75 × 10⁻³ g divise n par M.
Volume de solution à 2,00 × 10⁻² mol·L⁻¹ qui contient 5,00 × 10⁻³ mol de soluté :
- A. 250 mL
- B. 4,00 mL
- C. 0,100 mL
- D. 4,00 L
Réponse
A. 250 mL — V = n ÷ C = 5,00 × 10⁻³ ÷ (2,00 × 10⁻²) = 0,250 L, soit 250 mL. 4,00 L vient du quotient à l’envers.
Concentration en masse d’une solution de chlorure de sodium (M = 58,5 g·mol⁻¹) à 0,0400 mol·L⁻¹ :
- A. 6,84 × 10⁻⁴ g·L⁻¹
- B. 2,34 g·L⁻¹
- C. 1,46 × 10³ g·L⁻¹
- D. 0,234 g·L⁻¹
Réponse
B. 2,34 g·L⁻¹ — Cₘ = C × M = 0,0400 × 58,5 = 2,34 g·L⁻¹. 6,84 × 10⁻⁴ divise C par M ; 0,234 décale la virgule.
Masse de 3,6 L de dioxygène O₂ (M = 32,0 g·mol⁻¹) quand Vₘ = 24,0 L·mol⁻¹ :
- A. 2,70 g
- B. 213 g
- C. 4,8 g
- D. 1,2 × 10² g
Réponse
C. 4,8 g — n = 3,6 ÷ 24,0 = 0,15 mol, puis m = 0,15 × 32,0 = 4,8 g. 1,2 × 10² g oublie de diviser par Vₘ.
On prélève 5,0 mL d’une solution à 0,40 mol·L⁻¹ et on complète à 100,0 mL. La concentration obtenue vaut :
- A. 8,0 mol·L⁻¹
- B. 0,080 mol·L⁻¹
- C. 0,40 mol·L⁻¹
- D. 0,020 mol·L⁻¹
Réponse
D. 0,020 mol·L⁻¹ — F = 100,0 ÷ 5,0 = 20, donc C₁ = 0,40 ÷ 20 = 0,020 mol·L⁻¹. 8,0 multiplie par F au lieu de diviser.
Niveau difficile ★★★ — 12 questions
Deux solutions ont la même concentration en masse, mais leurs solutés ont des masses molaires différentes. Alors :
- A. elles ont la même concentration en quantité de matière
- B. leurs concentrations en quantité de matière sont différentes
- C. elles ont nécessairement la même masse volumique
- D. elles contiennent autant de molécules par litre
Réponse
B. leurs concentrations en quantité de matière sont différentes — C = Cₘ ÷ M : à Cₘ égale, C varie en sens inverse de M. Le soluté de plus grande masse molaire donne la plus petite concentration en quantité de matière.
On ajoute 100 mL d’eau à 100 mL d’une solution à 0,240 mol·L⁻¹ (volumes additifs). La concentration finale vaut :
- A. 0,240 mol·L⁻¹, inchangée
- B. 0,480 mol·L⁻¹, doublée
- C. 0,120 mol·L⁻¹, divisée par deux
- D. une valeur impossible à prévoir
Réponse
C. 0,120 mol·L⁻¹, divisée par deux — La quantité de soluté est conservée et le volume double : C₁ = 0,240 × 100 ÷ 200 = 0,120 mol·L⁻¹.
Un élève verse le solide dans la fiole, complète aussitôt au trait de jauge, puis agite. Son erreur est :
- A. il ne faut jamais agiter une fiole jaugée bouchée
- B. la masse de solide pesée devait être doublée
- C. le solide devait être dissous dans un autre solvant
- D. il faut dissoudre le solide avant d’ajuster au trait
Réponse
D. il faut dissoudre le solide avant d’ajuster au trait — La dissolution peut modifier légèrement le volume : on dissout dans la fiole à moitié remplie, puis on ajuste au trait de jauge et on homogénéise.
Les volumes de solvant et de soluté ne s’additionnent pas exactement. La conséquence pratique est :
- A. on complète au trait de jauge au lieu de mesurer l’eau
- B. on mesure toujours l’eau à l’éprouvette graduée
- C. la concentration d’une solution ne peut pas être définie
- D. la masse totale de la solution n’est pas conservée
Réponse
A. on complète au trait de jauge au lieu de mesurer l’eau — La fiole jaugée fixe le volume de la solution, celui qui entre dans C = n ÷ V. La masse, elle, se conserve toujours lors d’une dissolution.
Dans le solide CuSO₄·5H₂O, l’eau de cristallisation :
- A. n’intervient pas dans la masse molaire du solide
- B. s’évapore entièrement au moment de la pesée
- C. compte dans la masse molaire du solide pesé
- D. double la concentration finalement obtenue
Réponse
C. compte dans la masse molaire du solide pesé — Les cinq molécules d’eau sont pesées avec le solide. L’oublier fait peser trop peu de solide : la solution obtenue est trop diluée.
Dire qu’une solution a été « diluée 20 fois » signifie :
- A. qu’on lui a ajouté exactement 20 mL d’eau
- B. que la masse de soluté a été divisée par vingt
- C. que son volume a été divisé par vingt
- D. que son volume a été multiplié par vingt, à soluté constant
Réponse
D. que son volume a été multiplié par vingt, à soluté constant — F = V₁ ÷ V₀ = C₀ ÷ C₁ = 20 : le volume est multiplié par 20 et la concentration divisée par 20, la quantité de soluté restant la même.
À masse égale, l’échantillon qui contient la plus grande quantité de matière est celui :
- A. d’eau H₂O (M = 18,0 g·mol⁻¹)
- B. d’éthanol C₂H₆O (M = 46,0 g·mol⁻¹)
- C. de chlorure de sodium (M = 58,5 g·mol⁻¹)
- D. de dioxyde de carbone (M = 44,0 g·mol⁻¹)
Réponse
A. d’eau H₂O (M = 18,0 g·mol⁻¹) — n = m ÷ M : à masse égale, la quantité de matière est la plus grande pour la plus petite masse molaire, celle de l’eau.
Deux ballons de même volume, à la même température et à la même pression, contiennent l’un de l’hélium He, l’autre du diazote N₂. Ils contiennent :
- A. la même masse de gaz
- B. la même quantité de matière de gaz
- C. autant d’atomes l’un que l’autre
- D. plus de molécules dans le ballon de diazote
Réponse
B. la même quantité de matière de gaz — Même volume et même Vₘ : même quantité de matière, n = V ÷ Vₘ. Les masses diffèrent (M = 4,0 et 28,0 g·mol⁻¹), et le ballon de diazote contient deux fois plus d’atomes.
Une solution de glucose et une solution de saccharose ont la même concentration en quantité de matière. Elles ont :
- A. la même concentration en masse
- B. la même masse volumique
- C. le même nombre de molécules dissoutes par litre
- D. des solutés de même masse molaire
Réponse
C. le même nombre de molécules dissoutes par litre — Même C, donc même quantité de matière, donc même nombre de molécules par litre. Les masses molaires diffèrent : les concentrations en masse aussi.
À température et pression données, le gaz le plus dense parmi les suivants est :
- A. le dihydrogène H₂
- B. l’hélium He
- C. le méthane CH₄
- D. le dichlore Cl₂
Réponse
D. le dichlore Cl₂ — ρ = M ÷ Vₘ et Vₘ est le même pour tous : le gaz de plus grande masse molaire est le plus dense, ici le dichlore (71,0 g·mol⁻¹).
Pour préparer 100,0 mL à 1,00 × 10⁻³ mol·L⁻¹ à partir d’une solution à 0,100 mol·L⁻¹, la méthode la plus précise est de :
- A. faire deux dilutions au dixième à la pipette jaugée
- B. prélever 1,0 mL avec une éprouvette graduée
- C. ajouter 100,0 mL d’eau à 1,00 mL de solution
- D. prélever 10,0 mL et compléter à 100,0 mL
Réponse
A. faire deux dilutions au dixième à la pipette jaugée — F = 100 imposerait de prélever 1,00 mL, un petit volume mesuré avec une incertitude relative plus grande. Deux dilutions de facteur 10 (10,0 mL dans 100,0 mL) donnent F = 100 avec une meilleure précision.
Une solution commerciale « à 30 % en masse » contient :
- A. 30 g de soluté par litre de solution
- B. 30 g de soluté pour 100 g de solution
- C. 30 g de soluté pour 100 mL d’eau
- D. 30 mol de soluté pour 100 mol d’eau
Réponse
B. 30 g de soluté pour 100 g de solution — Le pourcentage massique compare deux masses : 30 g de soluté pour 100 g de solution. Pour obtenir Cₘ en g·L⁻¹, il faut passer par la masse volumique.
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