QCM : Cinétique chimique et catalyse (24 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quelle distinction décrit correctement les rôles de la thermodynamique chimique et de la cinétique chimique ?

La thermodynamique décrit les étapes élémentaires, tandis que la cinétique détermine si une réaction est possible.
La thermodynamique identifie les réactifs consommés, tandis que la cinétique indique les produits formés.
La thermodynamique évalue la possibilité d’une réaction, tandis que la cinétique décrit son mécanisme et ses étapes élémentaires.
La thermodynamique mesure la vitesse de réaction, tandis que la cinétique détermine les caractéristiques de l’équilibre.

La thermodynamique évalue la possibilité d’une réaction, tandis que la cinétique décrit son mécanisme et ses étapes élémentaires.

Explication

La thermodynamique renseigne sur la possibilité et les caractéristiques d’une réaction, alors que la cinétique étudie son mécanisme et ses processus élémentaires. Confondre la cinétique avec l’étude de la possibilité de réaction attribue à cette discipline le rôle de la thermodynamique.

2. Une réaction se déroule entièrement dans une seule phase liquide homogène ; de quel type de cinétique relève-t-elle ?

De la cinétique hétérogène, car toute réaction en solution met en jeu plusieurs phases.
De la cinétique homogène, car la réaction a lieu dans une seule phase.
De la cinétique hétérogène, car les réactifs sont des espèces chimiques distinctes.
De la cinétique homogène, car la réaction se déroule nécessairement sans échange de matière.

De la cinétique homogène, car la réaction a lieu dans une seule phase.

Explication

La cinétique homogène concerne les réactions qui se déroulent dans une seule phase, comme dans le cas décrit. La présence de réactifs différents ne suffit pas à rendre une réaction hétérogène : il faudrait que deux phases soient en jeu.

3. Dans un réacteur fermé, comment s’exprime la vitesse associée à une espèce consommée ou formée ?

Elle est égale à la variation de quantité de matière par unité de temps, négative pour un réactif consommé et positive pour un produit formé.
Elle est égale à la quantité de matière présente divisée par le temps, négative pour un produit formé et positive pour un réactif consommé.
Elle est égale à la variation de quantité de matière par unité de temps, positive pour un réactif consommé et négative pour un produit formé.
Elle est égale à la variation de concentration par unité de temps, positive pour un réactif consommé et négative pour un produit formé.

Elle est égale à la variation de quantité de matière par unité de temps, négative pour un réactif consommé et positive pour un produit formé.

Explication

La vitesse dans un réacteur fermé est rapportée à la variation de quantité de matière au cours du temps ; le signe est négatif pour la disparition d’un réactif et positif pour la formation d’un produit. Inverser ces signes revient à confondre vitesse de disparition et vitesse de formation.

4. Sur une courbe de concentration en fonction du temps, que représente la vitesse instantanée à un instant donné ?

La pente de la sécante reliant le début et la fin de la réaction.
L’aire sous la courbe depuis le début de la réaction jusqu’à cet instant.
La pente de la tangente à la courbe à l’instant considéré.
La concentration mesurée à l’instant considéré, divisée par le temps écoulé.

La pente de la tangente à la courbe à l’instant considéré.

Explication

La vitesse instantanée correspond à la pente de la tangente à la courbe de concentration en fonction du temps au moment considéré. La pente d’une sécante décrit plutôt une variation moyenne sur un intervalle.

5. Dans une réaction, que mesure le degré d’avancement ξ\xi ?

La fraction de réactif consommée ou de produit formé au cours de la réaction.
La proportion des molécules qui possèdent une énergie suffisante pour réagir.
La quantité totale de matière présente dans le réacteur à un instant donné.
La durée nécessaire pour consommer une fraction donnée du réactif initial.

La fraction de réactif consommée ou de produit formé au cours de la réaction.

Explication

Le degré d’avancement représente la fraction de réactif consommée ou de produit formé pendant la réaction. La quantité totale présente dans le réacteur est une grandeur différente et ne définit pas cette fraction.

6. Pour un réactif dont le coefficient stœchiométrique algébrique νi\nu_i est négatif, quelle relation donne sa quantité de matière en fonction de l’avancement ?

ni=νi+ni,0ξn_i=\nu_i+n_{i,0}\xi, de sorte que la quantité dépend du coefficient initial.
ni=ni,0−νiξn_i=n_{i,0}-\nu_i\xi, de sorte que la quantité diminue lorsque l’avancement augmente.
ni=ni,0+νiξn_i=n_{i,0}+\nu_i\xi, de sorte que la quantité diminue lorsque l’avancement augmente.
ni=ni,0+ξ/νin_i=n_{i,0}+\xi/\nu_i, de sorte que la quantité varie inversement au coefficient.

$$n_i=n_{i,0}+\nu_i\xi$$, de sorte que la quantité diminue lorsque l’avancement augmente.

Explication

La relation est ni=ni,0+νiξn_i=n_{i,0}+\nu_i\xi, et un réactif possède un coefficient algébrique négatif ; sa quantité diminue donc quand l’avancement croît. Le signe moins ajouté devant νi\nu_i conduirait au contraire à une augmentation pour ce réactif.

7. Comment détermine-t-on l’ordre partiel d’une réaction par rapport à une espèce ?

Comme le coefficient stœchiométrique de cette espèce dans l’équation de réaction.
Comme l’exposant expérimental de sa concentration dans la loi de vitesse.
Comme la variation de sa concentration entre le début et la fin de la réaction.
Comme le nombre de molécules de cette espèce présentes au début de la réaction.

Comme l’exposant expérimental de sa concentration dans la loi de vitesse.

Explication

L’ordre partiel est l’exposant expérimental de la concentration de l’espèce dans la loi de vitesse. Le coefficient stœchiométrique appartient à l’équation de réaction et ne fixe pas, en général, cet exposant.

8. Pour une loi de vitesse v=k[A]a[R1]b[R2]cv=k[A]^a[R_1]^b[R_2]^c, quel est l’ordre global de la réaction ?

a+b−ca+b-c
abcabc
a+b+ca+b+c
a+b+c+ka+b+c+k

$$a+b+c$$

Explication

L’ordre global est la somme des exposants des concentrations, soit a+b+ca+b+c. Le facteur kk est la constante de vitesse et ne s’ajoute pas aux ordres partiels.

9. Une réaction se déroule en une seule étape ; quelle relation caractérise ses ordres partiels ?

Ils sont égaux aux coefficients stœchiométriques des produits formés.
Ils sont tous égaux à l’ordre global, quelle que soit l’équation de réaction.
Ils sont déterminés expérimentalement et peuvent différer des coefficients stœchiométriques.
Ils sont égaux aux coefficients stœchiométriques des réactifs de cette étape.

Ils sont égaux aux coefficients stœchiométriques des réactifs de cette étape.

Explication

Pour une réaction élémentaire en une seule étape, les ordres partiels correspondent aux coefficients stœchiométriques des réactifs. Pour une réaction complexe, cette égalité ne peut pas être déduite ainsi et les ordres doivent être établis expérimentalement.

10. Dans un mécanisme complexe, quelle étape peut imposer sa vitesse au processus global ?

L’étape qui forme le plus grand nombre de produits, quelle que soit sa durée.
L’étape initiale, même si elle est plus rapide que les étapes suivantes.
L’étape finale, parce qu’elle achève nécessairement la transformation globale.
L’étape déterminante, qui est la plus lente du mécanisme.

L’étape déterminante, qui est la plus lente du mécanisme.

Explication

L’étape déterminante ou limitante est l’étape la plus lente et peut imposer sa vitesse au processus global. Une étape n’est pas déterminante du seul fait qu’elle soit la première ou la dernière du mécanisme.

11. Pour une réaction d’ordre 1, comment varie le temps de demi-réaction lorsque la concentration initiale augmente ?

Il diminue en proportion de la concentration initiale.
Il augmente en proportion de la concentration initiale.
Il varie comme l’inverse du carré de la concentration initiale.
Il reste indépendant de la concentration initiale.

Il reste indépendant de la concentration initiale.

Explication

À l’ordre 1, le temps de demi-réaction vaut ln⁡2k\frac{\ln 2}{k} et ne dépend pas de [A0][A_0]. À l’ordre 2, en revanche, il varie comme l’inverse de la concentration initiale.

12. Pour une réaction d’ordre 2 avec un mélange équimolaire, quelle relation permet de déterminer le temps nécessaire pour atteindre la moitié de la concentration initiale ?

t1/2=ln⁡2kt_{1/2}=\frac{\ln 2}{k}
t1/2=[A0]2kt_{1/2}=\frac{[A_0]}{2k}
t1/2=1k[A0]t_{1/2}=\frac{1}{k[A_0]}
t1/2=32k[A0]2t_{1/2}=\frac{3}{2k[A_0]^2}

$$t_{1/2}=\frac{1}{k[A_0]}$$

Explication

Pour une réaction d’ordre 2 en mélange équimolaire, le temps de demi-réaction est l’inverse du produit de kk par [A0][A_0]. La relation ln⁡2k\frac{\ln 2}{k} correspond plutôt au cas d’ordre 1, où la concentration initiale n’intervient pas.

13. Pour la réaction élémentaire d’ordre 3 considérée, quelle expression décrit le lien entre concentration et temps ?

1[A]2−1[A0]2=2kt\frac{1}{[A]^2}-\frac{1}{[A_0]^2}=2kt
1[A]−1[A0]=kt\frac{1}{[A]}-\frac{1}{[A_0]}=kt
[A0]−[A]=kt[A_0]-[A]=kt
ln⁡[A0][A]=kt\ln\frac{[A_0]}{[A]}=kt

$$\frac{1}{[A]^2}-\frac{1}{[A_0]^2}=2kt$$

Explication

Pour cette réaction d’ordre 3, la loi intégrée porte sur les inverses des carrés des concentrations et comporte le facteur 2kt2kt. La relation en inverses simples correspond au cas d’ordre 2.

14. Quelle expression traduit la dépendance de la constante de vitesse à la température selon la loi d’Arrhénius ?

k=A−EaRTk=A-\frac{E_a}{RT}
k=EaAe−RTk=\frac{E_a}{A}e^{-RT}
k=AeEa/(RT)k=Ae^{E_a/(RT)}
k=Ae−Ea/(RT)k=Ae^{-E_a/(RT)}

$$k=Ae^{-E_a/(RT)}$$

Explication

La loi d’Arrhénius exprime kk comme le facteur préexponentiel AA multiplié par e−Ea/(RT)e^{-E_a/(RT)}. Un exposant positif inverserait le rôle de la barrière d’activation dans cette relation.

15. Que représente l’énergie d’activation d’une réaction chimique ?

L’énergie moyenne portée par une mole de molécules avant toute collision.
L’énergie nécessaire pour porter une mole de réactif à une température donnée.
Le supplément d’énergie nécessaire pour faire avancer la réaction d’une mole.
L’énergie libérée par la transformation complète d’une mole de réactif.

Le supplément d’énergie nécessaire pour faire avancer la réaction d’une mole.

Explication

L’énergie d’activation est le supplément d’énergie que le système réactionnel doit recevoir pour faire avancer la réaction d’une mole. L’énergie libérée par la transformation est une grandeur distincte et ne définit pas cette barrière.

16. Sur un graphe d’Arrhénius représentant ln⁡k\ln k en fonction de 1/T1/T, quelle grandeur est donnée par la pente de la droite ?

−EaR-\frac{E_a}{R}
−REa-\frac{R}{E_a}
ln⁡A\ln A
EaR\frac{E_a}{R}

$$-\frac{E_a}{R}$$

Explication

La forme linéaire de la loi d’Arrhénius donne une pente égale à −Ea/R-E_a/R lorsque ln⁡k\ln k est tracé selon 1/T1/T. ln⁡A\ln A correspond à l’ordonnée à l’origine, et non à la pente.

17. Lorsqu’un photon heurte une molécule A en photochimie, quel événement peut amorcer une réaction en chaîne ?

La formation d’un complexe inerte qui bloque les étapes suivantes.
La neutralisation du photon par une molécule de solvant.
La formation d’un complexe activé A* ou d’un radical.
La conversion directe de A en produit stable sans intermédiaire.

La formation d’un complexe activé A* ou d’un radical.

Explication

L’absorption du photon peut former un complexe activé A* ou un radical, susceptible d’amorcer une chaîne réactionnelle. La formation d’un complexe inerte ne fournit pas les espèces réactives capables de lancer cette chaîne.

18. Quelle situation caractérise une réaction en chaîne ?

Le produit d’une étape devient le réactif d’une étape suivante et engendre des espèces participant aux étapes ultérieures.
Chaque étape consomme un réactif différent sans utiliser les produits des étapes précédentes.
Un photon transforme une molécule en produit, puis la réaction s’arrête sans autre étape.
Un catalyseur accélère une seule étape sans former d’espèces réactives pour la suite.

Le produit d’une étape devient le réactif d’une étape suivante et engendre des espèces participant aux étapes ultérieures.

Explication

Dans une réaction en chaîne, le produit d’une étape intervient comme réactif dans la suivante et forme des espèces qui participent à la poursuite du mécanisme. Une transformation photochimique qui s’arrête après une étape ne présente pas cette propagation.

19. Une réaction photochimique transforme plus d’une molécule par photon absorbé, de sorte que son rendement quantique vérifie ρ>1\rho>1; qu’indique ce résultat ?

Chaque photon transforme exactement une molécule.
La réaction ne peut pas comporter d’étapes en chaîne.
Un mécanisme de propagation intervient.
La réaction est photochimique normale.

Un mécanisme de propagation intervient.

Explication

Un rendement quantique supérieur à 1 indique qu’un mécanisme de propagation permet de transformer plusieurs molécules par photon. Une réaction photochimique normale correspond à ρ=1\rho=1.

20. Quel rôle caractérise un catalyseur dans une réaction thermodynamiquement possible ?

Il modifie l’évolution de la réaction en accélérant sa vitesse ou en orientant sa sélectivité, sans être consommé.
Il modifie la composition des produits en augmentant l’énergie libérée par la réaction.
Il déplace l’équilibre de la réaction en fournissant des réactifs supplémentaires, puis est consommé.
Il rend thermodynamiquement possible une réaction qui ne pouvait pas se produire et devient un produit final.

Il modifie l’évolution de la réaction en accélérant sa vitesse ou en orientant sa sélectivité, sans être consommé.

Explication

Un catalyseur n’est pas consommé et peut augmenter la vitesse de la réaction ou orienter sa sélectivité. Il ne rend pas thermodynamiquement possible une réaction qui ne l’était pas.

21. Dans une réaction où le réactif est liquide et le catalyseur est un solide, quelle description correspond à une catalyse hétérogène ?

Le réactif et le catalyseur appartiennent à des phases différentes, et la réaction se déroule à la surface du solide.
Le catalyseur solide se transforme en gaz, puis la réaction se déroule dans cette phase gazeuse.
Le réactif et le catalyseur sont dissous dans la même phase, et la réaction se déroule dans le liquide.
Le réactif et le catalyseur appartiennent à des phases différentes, mais la réaction se déroule dans le volume du liquide.

Le réactif et le catalyseur appartiennent à des phases différentes, et la réaction se déroule à la surface du solide.

Explication

La catalyse est hétérogène lorsque le catalyseur et le réactif appartiennent à des phases différentes, avec une réaction à la surface du solide. Une réaction dans la même phase caractériserait une catalyse homogène.

22. Lors d’une catalyse hétérogène dans un solide poreux, quelle séquence décrit le parcours des réactifs jusqu’à leur transformation ?

Ils diffusent dans les pores, réagissent au centre du solide, puis s’adsorbent sur les sites actifs.
Ils réagissent dans la solution, diffusent dans les pores, puis se fixent sur les sites actifs du solide.
Ils s’adsorbent sur la face externe, diffusent ensuite dans les pores, puis réagissent dans le liquide.
Ils diffusent dans les pores, s’adsorbent sur les sites actifs, puis réagissent à la surface du solide.

Ils diffusent dans les pores, s’adsorbent sur les sites actifs, puis réagissent à la surface du solide.

Explication

Les réactifs diffusent dans le réseau poreux, s’adsorbent sur les sites actifs, puis réagissent à la surface du catalyseur. La séquence inverse l’adsorption et la diffusion par rapport à ce mécanisme.

23. Quelle description définit la catalyse enzymatique ?

Un processus catalytique propre aux milieux minéraux, faisant intervenir des protéines complexes de masse moléculaire élevée.
Un processus catalytique propre aux êtres vivants, faisant intervenir des molécules lipidiques simples de faible masse moléculaire.
Un processus catalytique propre aux êtres vivants, faisant intervenir des acides nucléiques simples de masse moléculaire élevée.
Un processus catalytique propre aux êtres vivants, faisant intervenir des enzymes constituées de molécules protéiques complexes de masse moléculaire élevée.

Un processus catalytique propre aux êtres vivants, faisant intervenir des enzymes constituées de molécules protéiques complexes de masse moléculaire élevée.

Explication

La catalyse enzymatique intervient chez les êtres vivants et repose sur des enzymes, molécules protéiques complexes de masse moléculaire élevée. Les enzymes ne sont pas décrites comme des lipides simples.

24. Au terme de la transformation d’un substrat par une enzyme, que devient l’enzyme ?

Elle reste liée au substrat dans un complexe stable qui constitue le produit final.
Elle est libérée après la transformation et peut catalyser une nouvelle réaction.
Elle se transforme en substrat, tandis que le complexe enzyme-substrat est libéré.
Elle est consommée pendant l’activation et doit être remplacée avant une nouvelle réaction.

Elle est libérée après la transformation et peut catalyser une nouvelle réaction.

Explication

Après la transformation du substrat, l’enzyme est libérée et peut agir de nouveau; le complexe enzyme-substrat est transitoire. Le complexe ne demeure donc pas sous la forme d’un produit final stable.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 62 flashcards sur Cinétique chimique et catalyse.

Que détermine la thermodynamique chimique au sujet d’une réaction ?

Sa possibilité et ses caractéristiques.

Que décrit la cinétique chimique au sujet d’une réaction ?

Son mécanisme et ses processus élémentaires.

Dans un réacteur fermé, comment s’écrit la vitesse de réaction pour une espèce i ?

v=±dnidtv=\pm\frac{dn_i}{dt}

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