QCM : Cinétique chimique — 21 questions

Questions et réponses du QCM

1. Pour un réactif dont la concentration diminue au cours du temps, comment s’exprime sa vitesse de disparition ?

vdisp=−d[Ai]dtv_{disp}=-\frac{d[A_i]}{dt}
vdisp=−[Ai]dtv_{disp}=-\frac{[A_i]}{dt}
vdisp=d[Ai]dtv_{disp}=\frac{d[A_i]}{dt}
vdisp=dtd[Ai]v_{disp}=\frac{dt}{d[A_i]}

$$v_{disp}=-\frac{d[A_i]}{dt}$$

Explication

La vitesse de disparition est définie par l’opposé de la dérivée temporelle de la concentration, ce qui la rend positive lorsque le réactif est consommé. La dérivée d[Ai]dt\frac{d[A_i]}{dt} est alors négative et correspondrait à la variation de concentration, pas à la vitesse de disparition.

2. Quelle expression décrit la vitesse de formation d’un produit dont la concentration augmente au cours du temps ?

vform=d[Aj]dtv_{form}=\frac{d[A_j]}{dt}
vform=dtd[Aj]v_{form}=\frac{dt}{d[A_j]}
vform=[Aj]dtv_{form}=\frac{[A_j]}{dt}
vform=−d[Aj]dtv_{form}=-\frac{d[A_j]}{dt}

$$v_{form}=\frac{d[A_j]}{dt}$$

Explication

La vitesse de formation d’un produit est la dérivée temporelle de sa concentration, soit d[Aj]dt\frac{d[A_j]}{dt}, et elle est positive lorsque le produit s’accumule. L’expression opposée représenterait une grandeur négative dans cette situation.

3. Dans l’écriture algébrique d’une réaction ∑iνiAi=0\sum_i \nu_i A_i=0, quel signe possède le coefficient stœchiométrique d’un produit ?

Il est positif.
Il est négatif.
Il dépend de la concentration.
Il est nul.

Il est positif.

Explication

Dans cette convention, les produits reçoivent des coefficients stœchiométriques algébriques positifs, tandis que les réactifs reçoivent des coefficients négatifs. Le signe ne dépend donc pas de la concentration de l’espèce.

4. Une réaction se déroule dans un volume constant et fermé. Quelle relation donne sa vitesse volumique de réaction à partir de l’avancement volumique ?

v=1Vdξdt=1νid[Ai]dtv=\frac{1}{V}\frac{d\xi}{dt}=\frac{1}{\nu_i}\frac{d[A_i]}{dt}
v=Vdξdt=νid[Ai]dtv=V\frac{d\xi}{dt}=\nu_i\frac{d[A_i]}{dt}
v=ξVt=νid[Ai]dtv=\frac{\xi}{Vt}=\nu_i\frac{d[A_i]}{dt}
v=dVdtdξdt=d[Ai]dνiv=\frac{dV}{dt}\frac{d\xi}{dt}=\frac{d[A_i]}{d\nu_i}

$$v=\frac{1}{V}\frac{d\xi}{dt}=\frac{1}{\nu_i}\frac{d[A_i]}{dt}$$

Explication

À volume constant, la vitesse volumique est 1Vdξdt\frac{1}{V}\frac{d\xi}{dt} et peut aussi s’écrire 1νid[Ai]dt\frac{1}{\nu_i}\frac{d[A_i]}{dt} pour une espèce donnée. Multiplier par le volume ou par le coefficient stœchiométrique ne respecte pas la définition de cette vitesse.

5. Lequel de ces ensembles regroupe les principaux facteurs cinétiques d’une réaction ?

Le pH, la viscosité et la masse molaire du solvant
La masse, le volume et la couleur du milieu
La pression totale, la densité et la surface du récipient
La concentration, la température et un catalyseur

La concentration, la température et un catalyseur

Explication

Les principaux facteurs cinétiques sont la concentration des réactifs, ou leur pression partielle en phase gazeuse, la température et la présence d’un catalyseur. Les autres propriétés proposées ne constituent pas l’ensemble général des facteurs cinétiques indiqué ici.

6. Une réaction suit la loi v=k[R1]2[R2]v=k[R_1]^2[R_2]. Quel est son ordre global ?

2
3
1
4

3

Explication

L’ordre global est la somme des ordres partiels, donc 2+1=32+1=3. Les coefficients de l’équation chimique ne permettent pas, à eux seuls, de déduire ces ordres expérimentaux.

7. Quelle expression correspond à la loi d’Arrhenius pour la constante de vitesse ?

k=EaRTexp⁡(−A)k=\frac{E_a}{RT}\exp(-A)
k=Aexp⁡(−EaRT)k=A\exp\left(-\frac{E_a}{RT}\right)
k=RTexp⁡(−AEa)k=RT\exp\left(-\frac{A}{E_a}\right)
k=Aexp⁡(EaRT)k=A\exp\left(\frac{E_a}{RT}\right)

$$k=A\exp\left(-\frac{E_a}{RT}\right)$$

Explication

La loi d’Arrhenius relie la constante de vitesse à la température par k=Aexp⁡(−EaRT)k=A\exp\left(-\frac{E_a}{RT}\right), avec une énergie d’activation positive. Le signe négatif dans l’exponentielle est essentiel pour traduire l’augmentation de kk avec la température.

8. Quelle caractéristique distingue un catalyseur d’un réactif consommé ?

Il accélère la réaction sans modifier l’état final ni figurer dans l’équation.
Il est consommé progressivement et apparaît parmi les réactifs.
Il ralentit la réaction en étant transformé en produit final.
Il modifie l’état final en abaissant la quantité de produits formés.

Il accélère la réaction sans modifier l’état final ni figurer dans l’équation.

Explication

Un catalyseur augmente la vitesse de réaction sans modifier l’état final et n’apparaît pas dans l’équation de réaction. Un réactif consommé, au contraire, participe au bilan réactionnel et figure parmi les espèces transformées.

9. Quelle distinction décrit correctement l’ordre initial et l’ordre dans le temps ?

L’ordre initial concerne les produits, tandis que l’ordre dans le temps concerne les réactifs.
L’ordre initial vaut pour tout t>0t>0, tandis que l’ordre dans le temps concerne le voisinage de t=0t=0.
L’ordre initial est stœchiométrique, tandis que l’ordre dans le temps est thermodynamique.
L’ordre initial concerne le voisinage de t=0t=0, tandis que l’ordre dans le temps vaut pour tout t>0t>0.

L’ordre initial concerne le voisinage de $$t=0$$, tandis que l’ordre dans le temps vaut pour tout $$t>0$$.

Explication

Une loi définit un ordre initial lorsqu’elle n’est vérifiée qu’au voisinage de t=0t=0, et un ordre dans le temps lorsqu’elle reste vérifiée pour tout t>0t>0. La distinction porte donc sur l’intervalle temporel considéré, non sur la nature des espèces.

10. Dans quel cas la loi de Van’t Hoff est-elle vérifiée pour une réaction donnée ?

Lorsque chaque ordre partiel égale la valeur absolue du coefficient stœchiométrique du réactif correspondant.
Lorsque la constante de vitesse égale la somme des coefficients stœchiométriques des produits.
Lorsque chaque ordre partiel égale le coefficient stœchiométrique algébrique, signe compris, du réactif correspondant.
Lorsque l’ordre global égale le nombre total d’espèces présentes dans l’équation.

Lorsque chaque ordre partiel égale la valeur absolue du coefficient stœchiométrique du réactif correspondant.

Explication

La loi de Van’t Hoff s’écrit v=k∏i[Ri]∣νi∣v=k\prod_i[R_i]^{|\nu_i|} : l’ordre de chaque réactif est donc égal à la valeur absolue de son coefficient stœchiométrique. Utiliser le signe algébrique du coefficient d’un réactif donnerait des exposants négatifs et ne correspond pas à cette loi.

11. Quelles sont les étapes successives de la détermination théorique d’une loi de concentration ?

Déterminer la constante, intégrer directement la concentration, puis choisir l’ordre adapté
Mesurer la concentration, calculer une constante, puis comparer plusieurs températures
Écrire l’équation bilan, mesurer la pression, puis convertir la pression en concentration
Écrire la vitesse, établir l’équation différentielle, puis la résoudre avec les conditions initiales

Écrire la vitesse, établir l’équation différentielle, puis la résoudre avec les conditions initiales

Explication

La méthode consiste d’abord à exprimer la vitesse selon sa définition et la loi d’ordre, puis à établir et résoudre l’équation différentielle avec les conditions initiales. La mesure expérimentale de la concentration ne constitue pas une étape de cette détermination théorique.

12. Pour une réaction d’ordre zéro, comment évolue le temps de demi-réaction lorsque la concentration initiale de A augmente ?

Il reste constant quelle que soit la concentration initiale de A
Il diminue lorsque la concentration initiale de A augmente
Il augmente proportionnellement à la concentration initiale de A
Il varie comme le carré de la concentration initiale de A

Il augmente proportionnellement à la concentration initiale de A

Explication

Pour un ordre zéro, t1/2=[A]02kt_{1/2}=\frac{[A]_0}{2k}, donc le temps de demi-réaction est proportionnel à [A]0[A]_0. La constance du temps de demi-réaction caractérise plutôt l’ordre un.

13. Dans un mélange initial stœchiométrique de αA+βB→produits\alpha A+\beta B\rightarrow produits, quelle forme prend la loi de vitesse ?

v=kapp[A]pv=k_{app}[A]^p, avec kapp=k[B]0qk_{app}=k[B]_0^q
v=kapp[A]p−qv=k_{app}[A]^{p-q}, avec kapp=k(βα)pk_{app}=k\left(\frac{\beta}{\alpha}\right)^p
v=k[A]p[B]qv=k[A]^p[B]^q, avec kapp=k(αβ)qk_{app}=k\left(\frac{\alpha}{\beta}\right)^q
v=kapp[A]p+qv=k_{app}[A]^{p+q}, avec kapp=k(βα)qk_{app}=k\left(\frac{\beta}{\alpha}\right)^q

$$v=k_{app}[A]^{p+q}$$, avec $$k_{app}=k\left(\frac{\beta}{\alpha}\right)^q$$

Explication

Les concentrations restent proportionnelles dans un mélange stœchiométrique, ce qui regroupe les ordres en un ordre global p+qp+q et donne la constante apparente indiquée. La forme avec [A]p[A]^p correspond à une dégénérescence de l’ordre obtenue en mettant B en excès.

14. Pourquoi placer B en large excès permet-il de déterminer l’ordre partiel p ?

Parce que [B][B] devient presque constante et est incorporée dans kappk_{app}
Parce que l’excès de B impose directement un ordre global égal à p+q
Parce que la concentration initiale de B devient égale à celle de A
Parce que B disparaît rapidement et élimine le terme dépendant de A

Parce que $$[B]$$ devient presque constante et est incorporée dans $$k_{app}$$

Explication

Lorsque B est en large excès, sa concentration varie peu et le facteur [B]q[B]^q est absorbé dans kapp=k[B]0qk_{app}=k[B]_0^q, d’où v≃kapp[A]pv\simeq k_{app}[A]^p. Cette méthode isole donc p, tandis que l’ordre global fournit p+qp+q.

15. Quelle distinction caractérise le suivi chimique par rapport au suivi physique d’une réaction ?

Le suivi chimique est continu et sans prélèvement, tandis que le suivi physique exige un titrage à chaque instant
Le suivi chimique est généralement discontinu et perturbe le système, tandis que le suivi physique peut être continu et peu perturbateur
Le suivi chimique conserve le système intact, tandis que le suivi physique arrête la réaction pour chaque mesure
Le suivi chimique mesure une grandeur indirecte, tandis que le suivi physique détermine directement chaque concentration

Le suivi chimique est généralement discontinu et perturbe le système, tandis que le suivi physique peut être continu et peu perturbateur

Explication

Le suivi chimique détermine la concentration par titrage, ce qui perturbe le système et fournit des mesures discontinues. Le suivi physique mesure une grandeur liée à la composition, souvent en continu et sans perturbation notable.

16. Quelle relation décrit la conductivité d’une solution ionique selon la loi de Kohlrausch ?

σ=∑i[Xi]λi∘\sigma=\sum_i\frac{[X_i]}{\lambda_i^\circ}, exprimée en mol L−1\mathrm{mol\,L^{-1}}
σ=∑iλi∘[Xi]\sigma=\sum_i\lambda_i^\circ[X_i], exprimée en S m−1\mathrm{S\,m^{-1}}
σ=λ∘[X]\sigma=\lambda^\circ[X], exprimée en Pa\mathrm{Pa}
σ=∏iλi∘[Xi]\sigma=\prod_i\lambda_i^\circ[X_i], exprimée en J mol−1\mathrm{J\,mol^{-1}}

$$\sigma=\sum_i\lambda_i^\circ[X_i]$$, exprimée en $$\mathrm{S\,m^{-1}}$$

Explication

La loi de Kohlrausch additionne les contributions des ions selon σ=∑iλi∘[Xi]\sigma=\sum_i\lambda_i^\circ[X_i], et la conductivité s’exprime en S m−1\mathrm{S\,m^{-1}}. Elle dépend donc de plusieurs concentrations ioniques et de leurs conductivités molaires, plutôt que d’une concentration unique.

17. Quelle séquence décrit correctement la méthode intégrale de validation d’un ordre cinétique ?

Calculer la dérivée des concentrations, tracer la vitesse en fonction du temps et ajuster une relation affine
Postuler un ordre, intégrer la loi, choisir une représentation linéaire et vérifier le tracé expérimental
Comparer les concentrations initiales, déterminer les temps de demi-réaction et en déduire l’ordre cinétique
Mesurer les vitesses instantanées, calculer leur logarithme et ajuster directement une pente expérimentale

Postuler un ordre, intégrer la loi, choisir une représentation linéaire et vérifier le tracé expérimental

Explication

La méthode intégrale part d’un ordre supposé, transforme la loi intégrée en une relation linéaire, puis vérifie si les données suivent effectivement une droite. La méthode différentielle, contrairement à cette démarche, ne requiert pas de supposer l’ordre avant l’analyse.

18. Comment le temps de demi-réaction dépend-il de la concentration initiale [A]0[A]_0 pour une réaction d’ordre zéro, un, puis deux ?

Il est indépendant de [A]0[A]_0, proportionnel à [A]0[A]_0, puis inversement proportionnel à [A]0[A]_0
Il est inversement proportionnel à [A]0[A]_0, indépendant de [A]0[A]_0, puis proportionnel à [A]0[A]_0
Il est proportionnel à [A]0[A]_0, inversement proportionnel à [A]0[A]_0, puis indépendant de [A]0[A]_0
Il est proportionnel à [A]0[A]_0, indépendant de [A]0[A]_0, puis inversement proportionnel à [A]0[A]_0

Il est proportionnel à $$[A]_0$$, indépendant de $$[A]_0$$, puis inversement proportionnel à $$[A]_0$$

Explication

Pour les ordres zéro, un et deux, le temps de demi-réaction suit respectivement une dépendance proportionnelle, indépendante, puis inversement proportionnelle à [A]0[A]_0. L’ordre un se distingue donc par l’absence de dépendance à la concentration initiale.

19. Dans la représentation ln⁡v\ln v en fonction de ln⁡[A]\ln[A], que permettent de déterminer la pente et l’ordonnée à l’origine ?

La pente donne ln⁡k\ln k et l’ordonnée à l’origine donne pp
La pente donne kk et l’ordonnée à l’origine donne ln⁡p\ln p
La pente donne pp et l’ordonnée à l’origine donne ln⁡k\ln k
La pente donne [A][A] et l’ordonnée à l’origine donne ln⁡v\ln v

La pente donne $$p$$ et l’ordonnée à l’origine donne $$\ln k$$

Explication

La linéarisation ln⁡v=ln⁡k+pln⁡[A]\ln v=\ln k+p\ln[A] prend la forme d’une droite dont le coefficient directeur est pp et dont l’ordonnée à l’origine est ln⁡k\ln k. Intervertir ces deux rôles conduit donc à une mauvaise interprétation du tracé.

20. Quelle expression estime la dérivée f′(xn)f'(x_n) par une différence centrée ?

f′(xn)≃f(xn+1)−f(xn−1)xn+1−xn−1f'(x_n)\simeq\frac{f(x_{n+1})-f(x_{n-1})}{x_{n+1}-x_{n-1}}
f′(xn)≃f(xn+1)+f(xn−1)xn+1+xn−1f'(x_n)\simeq\frac{f(x_{n+1})+f(x_{n-1})}{x_{n+1}+x_{n-1}}
f′(xn)≃f(xn)−f(xn−1)xn−xn−1f'(x_n)\simeq\frac{f(x_n)-f(x_{n-1})}{x_n-x_{n-1}}
f′(xn)≃f(xn+1)−f(xn)xn+1−xnf'(x_n)\simeq\frac{f(x_{n+1})-f(x_n)}{x_{n+1}-x_n}

$$f'(x_n)\simeq\frac{f(x_{n+1})-f(x_{n-1})}{x_{n+1}-x_{n-1}}$$

Explication

La différence centrée utilise les deux points situés de part et d’autre de xnx_n, ce qui donne la première expression. Les deuxième et troisième expressions sont respectivement des différences à droite et à gauche.

21. Pour estimer la dérivée de la concentration à l’instant tnt_n, quelle formule faut-il utiliser avec des mesures discrètes ?

d[A]dt(tn)≃[A](tn+1)−[A](tn)tn+1−tn\frac{d[A]}{dt}(t_n)\simeq\frac{[A](t_{n+1})-[A](t_n)}{t_{n+1}-t_n}
d[A]dt(tn)≃[A](tn+1)+[A](tn−1)tn+1+tn−1\frac{d[A]}{dt}(t_n)\simeq\frac{[A](t_{n+1})+[A](t_{n-1})}{t_{n+1}+t_{n-1}}
d[A]dt(tn)≃[A](tn)−[A](tn−1)tn−tn−1\frac{d[A]}{dt}(t_n)\simeq\frac{[A](t_n)-[A](t_{n-1})}{t_n-t_{n-1}}
d[A]dt(tn)≃[A](tn+1)−[A](tn−1)tn+1−tn−1\frac{d[A]}{dt}(t_n)\simeq\frac{[A](t_{n+1})-[A](t_{n-1})}{t_{n+1}-t_{n-1}}

$$\frac{d[A]}{dt}(t_n)\simeq\frac{[A](t_{n+1})-[A](t_{n-1})}{t_{n+1}-t_{n-1}}$$

Explication

La meilleure estimation indiquée au point intérieur tnt_n est la différence centrée, qui combine les concentrations mesurées avant et après cet instant. Les formules fondées sur un seul côté correspondent à des différences unilatérales et ne donnent pas cette estimation centrée.

Révisez avec les flashcards

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Comment se définit la vitesse de disparition d'un réactif Ai ?

Par vdisp=−d[Ai]dtv_{disp}=-\frac{d[A_i]}{dt}.

Quelle est l'unité de la vitesse de disparition d'un réactif ?

Mol L−1 s−1.

Comment se définit la vitesse de formation d'un produit Aj ?

Par vform=d[Aj]dtv_{form}=\frac{d[A_j]}{dt}.

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