QCM : Cinétique et catalyse hétérogène (46 questions)

Question 1

1. Un catalyseur est ajouté à une réaction dont les réactifs et les produits restent les mêmes. Quelle conséquence doit-on attendre sur le profil réactionnel et l’état d’équilibre ?

Un nouvel ensemble de produits, sans changement de la vitesse

Un chemin réactionnel différent et un équilibre déplacé vers les produits

Les mêmes étapes réactionnelles, mais des énergies initiale et finale modifiées

Un chemin réactionnel différent et une vitesse modifiée, sans changement de la distribution à l’équilibre

Explication

Le catalyseur modifie le chemin réactionnel et donc la cinétique, mais ne change pas les énergies des états initial et final ni la distribution thermodynamique. Un déplacement de l’équilibre confond cinétique et thermodynamique, tandis que modifier les états énergétiques ou les produits contredit le principe décrit.

Answer

Un chemin réactionnel différent et une vitesse modifiée, sans changement de la distribution à l’équilibre

Question 2

2. Lors d’une expérience, une substance se fixe à la surface d’un catalyseur, tandis qu’une autre pénètre dans son volume. Comment classer ces deux phénomènes, dans cet ordre ?

Adsorption, puis adsorption

Adsorption, puis absorption

Absorption, puis adsorption

Absorption, puis absorption

Explication

L’adsorption est un phénomène de surface entre le substrat et le catalyseur, tandis que l’absorption correspond à une pénétration dans le matériau. Classer la pénétration comme une adsorption inverse la distinction, et les deux autres combinaisons attribuent à tort le même phénomène aux deux cas.

Answer

Adsorption, puis absorption

Question 3

3. Une molécule s’attache à la surface d’un catalyseur sous l’effet d’interactions dipolaires et de forces de Van der Waals, sans former de nouvelles liaisons chimiques. De quel type d’adsorption s’agit-il ?

Physisorption

Chimisorption dissociative

Absorption

Chimisorption

Explication

La physisorption repose sur des interactions faibles, notamment dipolaires et de Van der Waals. La chimisorption implique une réaction chimique avec rupture et création de liaisons, tandis que l’absorption désigne une pénétration dans le matériau.

Answer

Physisorption

Question 4

4. Sur une surface catalytique, l’adsorption d’une espèce entraîne la rupture d’une liaison de la molécule et la création de nouvelles liaisons avec la surface. Quelle catégorie décrit ce phénomène ?

Chimisorption

Absorption

Adsorption physique dissociative

Physisorption

Explication

La chimisorption constitue une véritable réaction chimique : elle peut rompre des liaisons et en créer de nouvelles. La physisorption relève d’interactions faibles, l’absorption implique une pénétration dans le matériau, et une fixation sans transformation ne décrit pas la chimisorption.

Answer

Chimisorption

Question 5

5. Sur une surface nue, la pression partielle d’un gaz passe de 2 à 6 unités, sans autre changement. Comment évolue la vitesse initiale d’adsorption ?

Elle est divisée par 3.

Elle est multipliée par 3.

Elle est multipliée par 9.

Elle reste inchangée.

Explication

Sur une surface nue, $r_{a0}=k_aP$ : tripler la pression partielle triple donc la vitesse. La division par 3 inverse la relation, une vitesse inchangée néglige l’effet de la pression, et le facteur 9 suppose à tort une dépendance quadratique.

Answer

Elle est multipliée par 3.

Question 6

6. Une surface comporte des sites libres et des sites occupés par X. Quelle expression décrit la vitesse de désorption de X dans le modèle non dissociatif ?

r_d=k_d[X*]

r_d=k_d[*]

r_d=k_aP[*]

r_d=k_d\frac{[X*]^2}{[L]}

Explication

Dans le modèle non dissociatif, la désorption est proportionnelle à la concentration des sites occupés : $r_d=k_d[X*]$ . L’expression en $P[*]$ décrit l’adsorption, la forme quadratique correspond au cas dissociatif, et $[*]$ désigne les sites libres.

Answer

$$r_d=k_d[X*]$$

Question 7

7. Un matériau adsorbe un gaz en monocouche sur une surface uniforme, tandis qu’un autre peut former plusieurs couches par physisorption. Quelle conclusion concernant les hypothèses de Langmuir est correcte ?

Les deux cas respectent les hypothèses de Langmuir.

Le second cas respecte les hypothèses de Langmuir.

Aucun des deux cas ne respecte les hypothèses de Langmuir.

Le premier cas respecte les hypothèses de Langmuir.

Explication

Le modèle de Langmuir repose sur une adsorption en monocouche et une surface uniforme, ce qui correspond au premier cas. La physisorption multicouche s’écarte de l’hypothèse de monocouche, tandis qu’une surface hétérogène ne satisfait pas celle d’uniformité.

Answer

Le premier cas respecte les hypothèses de Langmuir.

Question 8

8. À l’équilibre, une espèce X s’adsorbe de façon non dissociative selon Langmuir. Si $K=2$ et $P=3$ , quelle expression donne la concentration adsorbée, en fonction de $[L]$ ?

[X*]=\frac{3[L]}{7}

[X*]=\frac{6[L]}{7}

[X*]=\frac{6[L]}{6}

[X*]=\frac{7[L]}{6}

Explication

L’isotherme est $[X*]=\frac{K[L]P}{1+KP}$ ; avec $K=2$ et $P=3$ , elle devient $\frac{6[L]}{1+6}=\frac{6[L]}{7}$ . Le dénominateur 6 oublie le terme 1, le numérateur 3 omet le facteur $K$ , et la fraction inversée échange les rôles du numérateur et du dénominateur.

Answer

$$[X*]=\frac{6[L]}{7}$$

Question 9

9. Que représente le pourcentage de métal exposé (PME) d’un catalyseur ?

Le rapport des sites actifs aux sites métalliques totaux, multiplié par 100.

Le rapport de la masse de métal à la masse totale du catalyseur, multiplié par 100.

Le rapport des sites métalliques totaux aux sites actifs, multiplié par 100.

Le rapport des sites occupés par le gaz aux sites métalliques totaux, multiplié par 100.

Explication

Le PME quantifie la part des sites métalliques qui sont actifs parmi l’ensemble des sites métalliques, en pourcentage. La fraction massique du métal mesure une composition, le rapport inversé change le dénominateur, et les sites occupés par le gaz ne définissent pas le PME.

Answer

Le rapport des sites actifs aux sites métalliques totaux, multiplié par 100.

Question 10

10. Deux catalyseurs contiennent la même quantité de métal, mais les particules du catalyseur A sont plus petites que celles du catalyseur B. Quelle tendance générale est attendue ?

A expose généralement une fraction plus petite de ses atomes métalliques et est moins actif.

B expose généralement une fraction plus grande de ses atomes métalliques et est plus actif.

A expose généralement une fraction plus grande de ses atomes métalliques et est plus actif.

Les deux exposent généralement la même fraction et ont la même activité.

Explication

À quantité de catalyseur égale, des particules plus petites exposent généralement une plus grande fraction de leurs atomes métalliques et présentent une activité plus élevée. L’option attribuant cet avantage aux grosses particules inverse la tendance, tandis que l’égalité ou la baisse d’activité pour A néglige l’effet de la taille.

Answer

A expose généralement une fraction plus grande de ses atomes métalliques et est plus actif.

Question 11

11. A et B se disputent les mêmes sites d’adsorption. Pour $K_A=2$ , $P_A=1$ , $K_B=1$ , $P_B=2$ et une concentration totale de sites $[L]$ , quelle concentration de A adsorbé prévoit le modèle compétitif ?

[A*]=\frac{2[L]}{6}

[A*]=\frac{4[L]}{5}

[A*]=\frac{2[L]}{5}

[A*]=\frac{2[L]}{3}

Explication

La relation compétitive donne $[A*]=\frac{K_AP_A[L]}{1+K_AP_A+K_BP_B}$ , soit $\frac{2[L]}{1+2+2}=\frac{2[L]}{5}$ . Le dénominateur 3 omet la compétition de B, le numérateur 4 lui attribue à tort une part du numérateur de A, et 6 résulte d’un produit erroné.

Answer

$$[A*]=\frac{2[L]}{5}$$

Question 12

12. Un échantillon contient 500 unités de métal au total, dont 400 unités constituent des sites actifs. Quel est son PME ?

20 %

125 %

0,8 %

80 %

Explication

Le PME se calcule par $\frac{\text{métal actif}}{\text{métal total}}\times100$ , donc $\frac{400}{500}\times100=80\%$ . Le résultat 125 % inverse le rapport, 0,8 % omet le facteur 100, et 20 % soustrait à tort les quantités au lieu de calculer leur rapport.

Answer

0,020 mol·s⁻¹

Answer

0,20 s⁻¹

Answer

0,45, soit 45 %

Answer

La loi globale est expérimentale; la loi détaillée modélise les étapes et donne accès aux paramètres thermodynamiques.

Answer

Elle est multipliée par 4.

Answer

Des créations ou ruptures de liaisons, parfois concomitantes.

Answer

La vitesse de formation de I égale sa vitesse de disparition.

Answer

Du modèle de Langmuir-Hinshelwood

Answer

X correspond à Langmuir-Hinshelwood et Y à Eley-Rideal

Answer

Aucune limitation diffusionnelle détectable dans ces conditions

Answer

Aucune diffusion interne détectable

Answer

Fractionnaire en alcool, négatif en acétone et nul en dihydrogène

Answer

Elle dépend de la pression initiale en alcool et est d’ordre zéro en acétone

Answer

Sensible à la structure, car la face cristalline exposée modifie la vitesse

Answer

Les sites catalytiques sont quasi saturés par le cyclohexène ou ses dérivés

Answer

147 g d’air

Answer

CO₂, N₂, puis CO₂ et H₂O

Answer

Ils triplent en quelques mois, puis baissent.

Answer

L’importance stratégique pour l’automobile, peu de pays producteurs et les déséquilibres entre offre et demande.

Answer

Avoir truqué onze millions de voitures pour afficher des émissions de NOx bien inférieures à la réalité

Answer

90 % de palladium, 5 % de platine et 5 % de rhodium

Answer

Conserver le rhodium pour réduire les NOx, en envisageant l’échange palladium-platine pour l’oxydation

Answer

CO₂ pour le CO, N₂ pour les NOx, et CO₂ avec H₂O pour les hydrocarbures

Answer

Sur Rh⁰, l’adsorption compétitive donne un ordre négatif en CO ; sur Rhˣ⁺, les ordres en CO et O₂ sont positifs sans compétition d’adsorption

Answer

Formation successive de NH*, NH₂* et NH₃*, puis désorption de NH₃

Answer

Leur rencontre peut être retardée par une diffusion lente

Answer

Environ 100 kJ·mol⁻¹ à faible recouvrement et 50 kJ·mol⁻¹ à fort recouvrement, avec du CO ponté possible

Answer

L’hémicellulose, mélange de polysaccharides comprenant notamment le xylose

Answer

La bagasse issue de résidus végétaux

Answer

$$\mathrm{CH_4 + 2H_2O \rightarrow CO_2 + 4H_2}$$

Answer

Le SAPO-34, silicoaluminophosphate cristallin microporeux

Answer

Une influence sur la vitesse d’une réaction, sans effet sur sa thermodynamique

Answer

Environ $$0{,}470\ \text{mmol·g}_{cat}^{-1}$$

Question 13

13. Dans une expérience, l’avancement augmente de 0,24 mol en 12 s. Quelle est la vitesse de réaction moyenne sur cet intervalle ?

2,0 mol·s⁻¹

0,24 mol·s⁻¹

0,020 mol·s⁻¹

0,0050 mol·s⁻¹

Explication

La vitesse moyenne est la variation d’avancement divisée par la durée : $0{,}24/12=0{,}020$ mol·s⁻¹. La valeur 2,0 inverse le rapport, 0,24 omet la durée et 0,0050 correspond à un calcul erroné du rapport.

Question 14

14. Un catalyseur possède 0,30 mol de sites actifs et l’avancement augmente de 0,90 mol en 15 s. Quelle est sa fréquence de rotation ?

0,20 s⁻¹

0,20 mol·s⁻¹

0,060 s⁻¹

3,0 s⁻¹

Explication

La vitesse est $0{,}90/15=0{,}060$ mol·s⁻¹, puis la fréquence de rotation vaut cette vitesse divisée par 0,30 mol de sites, soit 0,20 s⁻¹. 0,060 omet la normalisation par les sites, 3,0 inverse le rapport et l’unité mol·s⁻¹ correspond à une vitesse non normalisée.

Question 15

15. Une réaction consomme 6 mol d’un réactif initialement présent à 10 mol; la sélectivité du produit visé est de 0,75. Quel est le rendement de ce produit ?

0,60, soit 60 %

4,5 mol

1,35, soit 135 %

0,45, soit 45 %

Explication

La conversion vaut $(10-4)/10=0{,}60$ et le rendement est le produit de la sélectivité par la conversion : $0{,}75\times0{,}60=0{,}45$ , soit 45 %. 60 % confond conversion et rendement, 4,5 mol n’est pas un rendement et 135 % provient d’une addition.

Question 16

16. Une équipe mesure expérimentalement les ordres de réaction et l’énergie d’activation, puis construit un modèle des étapes élémentaires pour estimer des paramètres thermodynamiques. Quelle distinction décrit ces deux approches ?

La loi globale est expérimentale; la loi détaillée modélise les étapes et donne accès aux paramètres thermodynamiques.

La loi globale modélise les étapes; la loi détaillée est expérimentale et donne les ordres.

La loi globale fournit les paramètres thermodynamiques; la loi détaillée établit les ordres expérimentaux.

Les deux lois expriment la même relation et fournissent les mêmes paramètres.

Explication

La loi globale est déterminée expérimentalement et fournit notamment les ordres et l’énergie d’activation, tandis que la loi détaillée modélise les étapes élémentaires et permet d’accéder aux paramètres thermodynamiques. Les autres formulations intervertissent les rôles ou confondent des approches complémentaires avec des lois équivalentes.

Question 17

17. Pour une réaction dont la loi globale est $r=k[A]^2[B]$ , que devient la vitesse si $[A]$ double, $[B]$ reste constante et la température ne change pas ?

Elle reste inchangée.

Elle est multipliée par 8.

Elle est multipliée par 4.

Elle est multipliée par 2.

Explication

Avec un ordre deux en A, doubler $[A]$ multiplie sa contribution par $2^2=4$ ; à température constante, k ne change pas. Le facteur 2 traite A comme un ordre un, le facteur 8 applique aussi la variation à B, et une vitesse inchangée néglige la dépendance en A.

Question 18

18. Lorsqu’un mécanisme réactionnel décrit une transformation macroscopique, que représentent ses actes élémentaires ?

Des mesures successives de la vitesse globale.

Des créations ou ruptures de liaisons, parfois concomitantes.

Des variations de concentration sans changement de liaison.

Des répétitions de l’équation macroscopique complète.

Explication

Un mécanisme décompose la réaction macroscopique en actes élémentaires correspondant à la création ou à la rupture de liaisons, y compris la création et la rupture concomitantes de deux liaisons. Les mesures de vitesse relèvent de l’étude expérimentale, les variations de concentration seules ne définissent pas ces actes, et l’équation macroscopique n’est pas chaque étape élémentaire.

Question 19

19. Dans un modèle cinétique, la concentration d’un intermédiaire I varie de façon négligeable au cours d’une étape. Quelle relation traduit l’approximation de l’état quasi-stationnaire ?

La vitesse de formation de I égale sa vitesse de disparition.

La concentration de I est nulle pendant toute l’étape.

La vitesse de formation de I est égale à la concentration de I.

La vitesse de disparition de I est nulle pendant toute l’étape.

Explication

En état quasi-stationnaire, la variation de concentration de l’intermédiaire est négligeable : sa vitesse de formation égale sa vitesse de disparition, donc $d[I]/dt=0$ . Une concentration nulle ou une disparition nulle ne découle pas de cette approximation; la troisième réponse confond vitesse et concentration.

Question 20

20. Dans une réaction catalytique, le modèle retenu suppose une monocouche adsorbée et une étape déterminant la vitesse où les espèces réagissent après adsorption. De quel modèle s’agit-il ?

Du modèle d’adsorption-désorption sans réaction de surface

Du modèle où l’adsorption détermine la vitesse

Du modèle de Eley-Rideal

Du modèle de Langmuir-Hinshelwood

Explication

Langmuir-Hinshelwood décrit une adsorption en monocouche suivie de la transformation d’espèces adsorbées, généralement déterminante pour la vitesse. Eley-Rideal implique une espèce libre, tandis que les autres réponses déplacent ou éliminent l’étape de transformation de surface.

Question 21

21. Une réaction de surface met en jeu deux réactifs : dans le mécanisme X, tous deux sont adsorbés avant de réagir; dans le mécanisme Y, un réactif est adsorbé et l’autre réagit depuis la phase libre. Quelle attribution est correcte ?

X correspond à Langmuir-Hinshelwood et Y à Eley-Rideal

X et Y correspondent tous deux à Langmuir-Hinshelwood

X correspond à Eley-Rideal et Y à Langmuir-Hinshelwood

X et Y correspondent tous deux à Eley-Rideal

Explication

Langmuir-Hinshelwood exige que les deux réactifs soient adsorbés, alors qu’Eley-Rideal associe une espèce adsorbée à une espèce libre. L’attribution inversée échange les modèles; les deux autres réponses attribuent à tort la même configuration aux deux mécanismes.

Question 22

22. Une équipe modifie les conditions de diffusion d’un catalyseur tout en maintenant le même temps de contact et observe une conversion inchangée. Quelle conclusion correspond au critère de Koros-Nowak ?

La vitesse dépend alors surtout de l’étape d’adsorption

Une limitation diffusionnelle devient déterminante malgré la conversion stable

Aucune limitation diffusionnelle détectable dans ces conditions

Le temps de contact doit être différent pour conclure à l’absence de diffusion

Explication

Le critère compare les conversions à temps de contact identique lorsque les conditions de diffusion varient : une conversion inchangée indique l’absence de limitation diffusionnelle détectable. Une conversion stable ne signale pas une limitation, et l’adsorption n’est pas la conclusion visée par ce test.

Question 23

23. Pour rechercher une diffusion interne, une équipe compare deux tailles de grains en conservant le volume de catalyseur et le débit identiques. Les conversions obtenues sont les mêmes. Que conclut-elle ?

Aucune diffusion interne détectable

Une diffusion externe détectable

Une diffusion interne qui limite la réaction

Un temps de contact différent entre les essais

Explication

Le test de diffusion interne compare différentes tailles de grains à volume de catalyseur et débit identiques, donc à temps de contact identique; des conversions égales indiquent l’absence de diffusion interne détectable. Faire varier le débit relève du test de diffusion externe, et une conversion identique ne prouve pas une limitation interne.

Question 24

24. Lors de la déshydrogénation du propan-2-ol, une expérience montre que la vitesse augmente de façon sous-linéaire avec la pression en alcool, diminue quand la pression en acétone augmente et ne varie pas avec la pression en dihydrogène. Quels ordres correspondent à ces observations ?

Fractionnaire en alcool, négatif en acétone et positif en dihydrogène

Fractionnaire en alcool, positif en acétone et nul en dihydrogène

Fractionnaire en alcool, négatif en acétone et nul en dihydrogène

Nul en alcool, négatif en acétone et nul en dihydrogène

Explication

Un ordre fractionnaire traduit une dépendance sous-linéaire à l’alcool, l’ordre négatif traduit l’inhibition par l’acétone, et l’ordre nul signifie que le dihydrogène n’influence pas la vitesse. Un ordre positif en acétone inverse l’effet inhibiteur, un ordre positif en dihydrogène contredit l’absence d’effet, et un ordre nul en alcool néglige sa dépendance expérimentale.

Question 25

25. Dans une étude en vitesse initiale de déshydrogénation du propan-2-ol, on augmente la pression partielle initiale en alcool tout en comparant des essais avec différentes quantités initiales d’acétone. Quelle dépendance de la vitesse initiale faut-il retenir ?

Elle dépend de la pression initiale en alcool et en dihydrogène

Elle dépend de la pression initiale en acétone et est d’ordre zéro en alcool

Elle est d’ordre zéro en alcool et en acétone

Elle dépend de la pression initiale en alcool et est d’ordre zéro en acétone

Explication

Dans l’étude en vitesse initiale, la vitesse dépend de la pression partielle initiale en alcool et présente un ordre nul en acétone. L’effet inhibiteur de l’acétone concerne les ordres expérimentaux de la vitesse globale, tandis qu’une dépendance au dihydrogène ou un ordre nul en alcool ne correspond pas à cette loi initiale.

Question 26

26. Deux catalyseurs sont comparés pour une même réaction : la vitesse change très peu lorsque la taille des particules varie, mais varie nettement selon la face cristalline exposée. Comment caractériser cette réaction ?

Sensible à la structure, car une diffusion est nécessaire pour modifier la vitesse

Sensible à la structure, car la face cristalline exposée modifie la vitesse

Insensible à la structure, car la taille des particules modifie peu la vitesse

Insensible à la structure, car la face cristalline exposée modifie la vitesse

Explication

Une réaction est sensible à la structure si sa vitesse dépend de la taille des particules ou de la face cristalline exposée ; ici, la variation selon la face suffit à la caractériser ainsi. La faible influence de la taille ne rend donc pas la réaction insensible, et la diffusion n’est pas le critère définissant cette distinction.

Question 27

27. Au cours de l’hydrogénation du cyclohexène, la vitesse devient indépendante de la concentration en cyclohexène dans une large plage de conditions. Quelle interprétation explique cet ordre nul ?

Les sites catalytiques sont quasi saturés par le cyclohexène ou ses dérivés

Le catalyseur a perdu son activité et ne transforme plus le cyclohexène

Le cyclohexène ne s’adsorbe pas sur les sites catalytiques

Les sites catalytiques sont quasi saturés par le dihydrogène

Explication

L’ordre nul en cyclohexène s’explique par la quasi-saturation des sites catalytiques par le cyclohexène ou ses dérivés : une hausse de sa concentration modifie alors peu la vitesse. L’absence d’adsorption, la saturation par le dihydrogène et la désactivation complète ne sont pas l’explication donnée à cet ordre nul.

Question 28

28. Un moteur doit fonctionner avec le mélange stœchiométrique indiqué. Pour 10 g de carburant, quelle masse d’air faut-il prévoir ?

157 g d’air

0,68 g d’air

14,7 g d’air

147 g d’air

Explication

Le rapport stœchiométrique est de 14,7 g d’air par gramme de carburant : pour 10 g, il faut $10 \times 14,7 = 147$ g d’air. Le résultat de 0,68 g inverse le rapport, 14,7 g oublie de multiplier par 10 et 157 g additionne les masses au lieu d’appliquer le rapport.

Question 29

29. Dans un pot catalytique trois voies, quels produits résultent du traitement du CO, des NOx et des hydrocarbures non consommés ?

CO₂, N₂, puis CO₂ et H₂O

CO₂, NO₂, puis CO₂ et H₂O

CO₂, N₂, puis CO et H₂

C, N₂, puis CO₂ et H₂O

Explication

Le catalyseur oxyde le CO en CO₂ et les hydrocarbures non consommés en CO₂ et H₂O, tandis qu’il réduit les NOx en N₂. Former du NO₂ inverse le traitement des NOx, produire du carbone attribue une réduction au CO, et laisser CO ou H₂ comme produits néglige l’oxydation des hydrocarbures.

Question 30

30. Au début des années 2000, les offres russes de palladium tardent à être publiées alors que le marché est déjà haussier. Quelle évolution des prix s’ensuit avant le retour à la normale ?

Ils baissent en quelques mois, puis triplent.

Ils triplent en quelques mois, puis restent élevés.

Ils triplent en quelques mois, puis baissent.

Ils baissent en quelques mois, puis restent bas.

Explication

Le retard de publication des offres a accentué un marché déjà haussier : les prix ont triplé en quelques mois, puis sont redescendus lorsque la situation s’est normalisée. Une baisse initiale inverse l’effet observé, tandis que le maintien des prix élevés omet leur recul ultérieur.

Question 31

31. Un constructeur automobile dépend du palladium, tandis que sa production mondiale est concentrée dans peu de pays et que l’offre ne suit pas toujours la demande. Quels facteurs caractérisent cette tension sur les platinoïdes ?

Une importance limitée pour l’automobile, peu de pays producteurs et les déséquilibres entre offre et demande.

L’importance stratégique pour l’automobile, de nombreux pays producteurs et les déséquilibres entre offre et demande.

L’importance stratégique pour l’automobile, peu de pays producteurs et une offre toujours égale à la demande.

L’importance stratégique pour l’automobile, peu de pays producteurs et les déséquilibres entre offre et demande.

Explication

La tension s’explique par l’importance stratégique des platinoïdes pour l’automobile, le petit nombre de pays producteurs, notamment la Russie et l’Afrique du Sud, et les déséquilibres entre offre et demande. Une production dispersée, une offre égale à la demande ou une importance industrielle limitée contredit chacun de ces facteurs.

Question 32

32. Quel événement Volkswagen a reconnu en septembre 2015 au sujet des émissions de ses voitures ?

Avoir truqué onze millions de voitures pour afficher des émissions de NOx bien inférieures à la réalité

Avoir truqué onze millions de voitures pour afficher des émissions de NOx bien supérieures à la réalité

Avoir truqué un million de voitures pour afficher des émissions de NOx bien supérieures à la réalité

Avoir truqué onze millions de voitures pour afficher des émissions de CO₂ bien inférieures à la réalité

Explication

En septembre 2015, Volkswagen a admis avoir truqué onze millions de voitures afin qu’elles affichent des émissions d’oxydes d’azote très inférieures à la réalité. Le million réduit le nombre, le CO₂ confond le polluant et des émissions affichées supérieures inversent l’écart.

Question 33

33. Dans un pot catalytique actuel pour moteur à essence, quelle composition massique approximative associe correctement le palladium, le platine et le rhodium ?

90 % de platine, 5 % de palladium et 5 % de rhodium

90 % de palladium, 5 % de platine et 5 % de rhodium

5 % de palladium, 90 % de platine et 5 % de rhodium

5 % de palladium, 5 % de platine et 90 % de rhodium

Explication

La composition massique approximative est de 90 % de palladium, 5 % de platine et 5 % de rhodium. Les autres répartitions déplacent à tort la proportion dominante vers le platine ou le rhodium, ou permutent palladium et platine.

Question 34

34. Un fabricant cherche à remplacer un métal dans un catalyseur trois voies, mais doit conserver la réduction des NOx. Quelle décision respecte le rôle des métaux précieux ?

Conserver le rhodium pour réduire les NOx, en envisageant l’échange palladium-platine pour l’oxydation

Conserver le palladium pour réduire les NOx, en échangeant platine et rhodium pour l’oxydation

Conserver le platine pour réduire les NOx, en échangeant palladium et rhodium pour l’oxydation

Conserver le palladium et le platine pour réduire les NOx, en réservant le rhodium à l’oxydation

Explication

Le rhodium est indispensable à la réduction des NOx, tandis que palladium et platine sont relativement interchangeables et efficaces en oxydation. Les propositions qui confient la réduction au palladium ou au platine confondent leurs rôles, et celle qui réserve le rhodium à l’oxydation inverse sa fonction distinctive.

Question 35

35. Dans un catalyseur trois voies, un technicien suit les transformations de trois polluants : CO, NOx et hydrocarbures non consommés. Quel ensemble de produits doit-il observer ?

CO₂ pour le CO, N₂ pour les NOx, et CO₂ sans H₂O pour les hydrocarbures

CO₂ pour le CO, N₂ pour les NOx, et CO₂ avec H₂O pour les hydrocarbures

N₂ pour le CO, CO₂ pour les NOx, et CO₂ avec H₂O pour les hydrocarbures

CO₂ pour le CO, N₂O pour les NOx, et CO₂ avec H₂O pour les hydrocarbures

Explication

Le catalyseur oxyde le CO en CO₂, réduit les NOx en N₂ et oxyde les hydrocarbures non consommés en CO₂ et H₂O. Former N₂ à partir du CO confond les réactions, produire du CO₂ à partir des NOx inverse leur transformation, et l’absence d’eau omet un produit de l’oxydation des hydrocarbures.

Question 36

36. Pour l’oxydation du CO sur Rh⁰, si la concentration en CO est divisée par deux et celle en O₂ est multipliée par deux, par quel facteur la loi de vitesse globale prévoit-elle que la vitesse est multipliée ?

Par 2

Par 8

Par 4

Par 1

Explication

La loi est $r = k_{\mathrm{exp}}[\mathrm{CO}]^{-1}[\mathrm{O_2}]^{+1}$ : diviser CO par deux double sa contribution, et doubler O₂ double la sienne, donc la vitesse est multipliée par $2 \times 2 = 4$ . Oublier l’effet de CO donne un facteur 2, lui attribuer un ordre positif compense les variations, et inverser l’ordre en O₂ conduit à un facteur 1.

Question 37

37. Lors d’une étude comparative, une hausse de CO ralentit la réaction sur Rh⁰ mais l’accélère sur Rhˣ⁺. Quelle interprétation explique cette différence ?

Sur Rh⁰, l’adsorption compétitive donne un ordre négatif en CO ; sur Rhˣ⁺, les ordres en CO et O₂ sont positifs sans compétition d’adsorption

Sur Rh⁰, l’adsorption compétitive donne un ordre négatif en CO ; sur Rhˣ⁺, l’ordre positif en CO résulte aussi d’une compétition d’adsorption

Sur Rh⁰, les ordres en CO et O₂ sont positifs sans compétition ; sur Rhˣ⁺, l’adsorption compétitive donne un ordre négatif en CO

Sur Rh⁰ et Rhˣ⁺, l’adsorption compétitive donne un ordre négatif en CO, mais seul l’ordre en O₂ change de signe

Explication

Sur Rh⁰, l’adsorption compétitive explique l’ordre négatif en CO ; sur Rhˣ⁺, les ordres en CO et O₂ sont positifs et les réactifs ne sont pas en compétition pour l’adsorption. La compétition attribuée à Rhˣ⁺ et l’ordre négatif appliqué aux deux états contredisent cette distinction ; la description inversée échange leurs mécanismes.

Question 38

38. Lors d’une expérience sur la synthèse de l’ammoniac, quelle suite d’étapes décrit le mécanisme de Haber-Bosch démontré par Ertl, depuis l’azote adsorbé jusqu’au produit libéré ?

Formation successive de NH*, NH₂* et NH₃*, puis désorption de NH₃

Désorption de N₂, puis formation successive de NH*, NH₂* et NH₃*

Formation successive de NH₂*, NH* et NH₃*, puis désorption de NH₃

Formation successive de NH*, NH₂* et NH₃*, puis désorption de N₂

Explication

Après adsorption et dissociation du diazote, l’azote adsorbé s’hydrogène successivement en NH*, NH₂* puis NH₃*, qui se désorbe. L’ordre NH₂* puis NH* inverse les intermédiaires, la désorption de N₂ intervient au mauvais moment et le produit désorbé est NH₃, non N₂.

Question 39

39. Sur une surface métallique, deux espèces adsorbées se déplacent lentement et interagissent fortement avec la surface ; quelle conséquence est la plus probable pour leur rencontre et leur réaction ?

Leur réaction peut se produire sans rencontre sur la surface

Leur rencontre exige que les espèces se désorbent d’abord

Leur rencontre peut être retardée par une diffusion lente

Leur rencontre est accélérée par leur interaction forte

Explication

Les espèces adsorbées peuvent diffuser, se rencontrer et réagir, mais une diffusion lente retarde leur rencontre ; la vitesse dépend de leur interaction avec la surface. Une interaction forte n’implique pas une diffusion accélérée, la désorption n’est pas une étape obligatoire et les espèces doivent se rencontrer pour réagir entre elles.

Question 40

40. Sur Pt(111), une mesure compare l’oxydation du CO à faible et à fort recouvrement ; quelle interprétation associe correctement les énergies d’activation à ces deux conditions ?

Environ 945 kJ·mol⁻¹ à faible recouvrement et 50 kJ·mol⁻¹ à fort recouvrement, avec du CO ponté possible

Environ 50 kJ·mol⁻¹ à faible recouvrement et 100 kJ·mol⁻¹ à fort recouvrement, avec du CO ponté possible

Environ 100 kJ·mol⁻¹ à faible recouvrement et 50 kJ·mol⁻¹ à fort recouvrement, avec du CO ponté au faible recouvrement

Environ 100 kJ·mol⁻¹ à faible recouvrement et 50 kJ·mol⁻¹ à fort recouvrement, avec du CO ponté possible

Explication

Sur Pt(111), l’énergie d’activation passe d’environ 100 kJ·mol⁻¹ à faible recouvrement à environ 50 kJ·mol⁻¹ à fort recouvrement, où le CO peut aussi être en position pontée. L’inversion échange les valeurs, la position pontée est associée au fort recouvrement, et 945 kJ·mol⁻¹ correspond à la dissociation de la triple liaison N≡N.

Question 41

41. Une équipe cherche à identifier l’origine du furfural dans la biomasse ; quelle matière première végétale fournit le mélange de polysaccharides dont il est issu ?

L’hémicellulose, mélange de polysaccharides comprenant notamment le xylose

Le xylose, pentose utilisé comme matière première distincte

Les fractions issues du traitement pétrochimique des hydrocarbures

La cellulose, polymère constitué principalement de glucose

Explication

Le furfural est une molécule plateforme issue de l’hémicellulose, un mélange de polysaccharides comprenant notamment le xylose. La cellulose est un autre polysaccharide, le xylose est un constituant de l’hémicellulose plutôt que le mélange désigné, et le furfural est présenté comme issu de la biomasse.

Question 42

42. Une usine veut produire du furfural à partir de sources de pentoses mentionnées pour cette filière ; laquelle de ces matières premières correspond à une source répertoriée ?

La cellulose extraite de résidus végétaux

Le xylose isolé comme constituant de l’hémicellulose

La bagasse issue de résidus végétaux

Le bois résineux employé comme matière première

Explication

La bagasse figure parmi les sources de pentoses utilisées pour produire du furfural, avec notamment les épis de maïs, l’avoine, l’amande et le coton. Le xylose est un sucre, la cellulose est un polysaccharide, et le bois résineux ne figure pas dans la liste des sources donnée.

Question 43

43. Dans une installation, le méthane est converti par vaporeformage suivi de la réaction du gaz à l’eau. Quel bilan global relie le méthane et l’eau aux produits formés ?

\mathrm{CH_4 + H_2O \rightarrow CO + 3H_2}

\mathrm{CH_4 + 2H_2O \rightarrow CO_2 + 4H_2}

\mathrm{CH_4 + 2H_2O \rightarrow 4CO_2 + H_2}

\mathrm{CH_4 + H_2O \rightarrow CO_2 + 4H_2}

Explication

Le bilan global du vaporeformage suivi de la réaction du gaz à l’eau consomme une mole de méthane et deux moles d’eau pour former une mole de dioxyde de carbone et quatre moles de dihydrogène. La formule avec une seule eau omet une molécule, celle avec les coefficients inversés déséquilibre les produits, et celle donnant du monoxyde de carbone décrit une autre étape.

Question 44

44. Pour convertir du méthanol en oléfines, une équipe choisit un catalyseur dont les sites acides réalisent la catalyse dans un solide cristallin microporeux. Quel matériau correspond à cette description ?

Un aluminosilicate cristallin microporeux à sites basiques

Le SAPO-34, silicoaluminophosphate cristallin microporeux

Un silicoaluminophosphate amorphe à pores larges

Un catalyseur métallique utilisé pour le vaporeformage

Explication

Dans le procédé MTO, le SAPO-34 est un silicoaluminophosphate cristallin microporeux, et ses sites acides catalysent la réaction. Le matériau amorphe ne correspond pas à cette structure, les sites basiques inversent la nature des sites actifs, et le catalyseur métallique proposé relève du vaporeformage.

Question 45

45. Quelle définition de la catalyse Ostwald donne-t-il en 1895 ?

Une influence sur la vitesse d’une réaction, sans effet sur sa thermodynamique

Une modification de la vitesse et de la thermodynamique d’une réaction

Une modification de la thermodynamique d’une réaction, sans effet sur sa vitesse

Une consommation d’un réactif qui détermine la vitesse de la réaction

Explication

Ostwald définit la catalyse comme une influence sur la vitesse de réaction, et non sur sa thermodynamique. La thermodynamique seule confond effet cinétique et effet thermodynamique; la modification de l’équilibre attribue au catalyseur un effet thermodynamique; la consommation d’un réactif confond catalyse et réactif consommé.

Question 46

46. Un catalyseur contient 5 % massique de palladium et la masse molaire du Pd vaut $106{,}42\ \text{g·mol}^{-1}$ . Quelle quantité totale de palladium contient un gramme de ce catalyseur ?

Environ

2{,}13\ \text{mmol·g}_{cat}^{-1}

Environ

9{,}40\ \text{mmol·g}_{cat}^{-1}

Environ

0{,}00470\ \text{mmol·g}_{cat}^{-1}

Environ

0{,}470\ \text{mmol·g}_{cat}^{-1}

Explication

Un gramme de catalyseur contient $0{,}05\ \text{g}$ de Pd; ainsi, $\frac{0{,}05}{106{,}42}\times 10^3\simeq 0{,}470\ \text{mmol·g}_{cat}^{-1}$ . La valeur en moles omet la conversion en millimoles, $9{,}40$ utilise à tort un gramme entier de Pd, et $2{,}13$ inverse le rapport masse sur masse molaire.

QCM : Cinétique et catalyse hétérogène (46 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Un catalyseur est ajouté à une réaction dont les réactifs et les produits restent les mêmes. Quelle conséquence doit-on attendre sur le profil réactionnel et l’état d’équilibre ?

2. Lors d’une expérience, une substance se fixe à la surface d’un catalyseur, tandis qu’une autre pénètre dans son volume. Comment classer ces deux phénomènes, dans cet ordre ?

3. Une molécule s’attache à la surface d’un catalyseur sous l’effet d’interactions dipolaires et de forces de Van der Waals, sans former de nouvelles liaisons chimiques. De quel type d’adsorption s’agit-il ?

4. Sur une surface catalytique, l’adsorption d’une espèce entraîne la rupture d’une liaison de la molécule et la création de nouvelles liaisons avec la surface. Quelle catégorie décrit ce phénomène ?

5. Sur une surface nue, la pression partielle d’un gaz passe de 2 à 6 unités, sans autre changement. Comment évolue la vitesse initiale d’adsorption ?

6. Une surface comporte des sites libres et des sites occupés par X. Quelle expression décrit la vitesse de désorption de X dans le modèle non dissociatif ?

7. Un matériau adsorbe un gaz en monocouche sur une surface uniforme, tandis qu’un autre peut former plusieurs couches par physisorption. Quelle conclusion concernant les hypothèses de Langmuir est correcte ?

8. À l’équilibre, une espèce X s’adsorbe de façon non dissociative selon Langmuir. Si K=2K=2K=2 et P=3P=3P=3, quelle expression donne la concentration adsorbée, en fonction de [L][L][L] ?

9. Que représente le pourcentage de métal exposé (PME) d’un catalyseur ?

10. Deux catalyseurs contiennent la même quantité de métal, mais les particules du catalyseur A sont plus petites que celles du catalyseur B. Quelle tendance générale est attendue ?

11. A et B se disputent les mêmes sites d’adsorption. Pour KA=2K_A=2KA​=2, PA=1P_A=1PA​=1, KB=1K_B=1KB​=1, PB=2P_B=2PB​=2 et une concentration totale de sites [L][L][L], quelle concentration de A adsorbé prévoit le modèle compétitif ?

12. Un échantillon contient 500 unités de métal au total, dont 400 unités constituent des sites actifs. Quel est son PME ?

13. Dans une expérience, l’avancement augmente de 0,24 mol en 12 s. Quelle est la vitesse de réaction moyenne sur cet intervalle ?

14. Un catalyseur possède 0,30 mol de sites actifs et l’avancement augmente de 0,90 mol en 15 s. Quelle est sa fréquence de rotation ?

15. Une réaction consomme 6 mol d’un réactif initialement présent à 10 mol; la sélectivité du produit visé est de 0,75. Quel est le rendement de ce produit ?

16. Une équipe mesure expérimentalement les ordres de réaction et l’énergie d’activation, puis construit un modèle des étapes élémentaires pour estimer des paramètres thermodynamiques. Quelle distinction décrit ces deux approches ?

17. Pour une réaction dont la loi globale est r=k[A]2[B]r=k[A]^2[B]r=k[A]2[B], que devient la vitesse si [A][A][A] double, [B][B][B] reste constante et la température ne change pas ?

18. Lorsqu’un mécanisme réactionnel décrit une transformation macroscopique, que représentent ses actes élémentaires ?

19. Dans un modèle cinétique, la concentration d’un intermédiaire I varie de façon négligeable au cours d’une étape. Quelle relation traduit l’approximation de l’état quasi-stationnaire ?

20. Dans une réaction catalytique, le modèle retenu suppose une monocouche adsorbée et une étape déterminant la vitesse où les espèces réagissent après adsorption. De quel modèle s’agit-il ?

21. Une réaction de surface met en jeu deux réactifs : dans le mécanisme X, tous deux sont adsorbés avant de réagir; dans le mécanisme Y, un réactif est adsorbé et l’autre réagit depuis la phase libre. Quelle attribution est correcte ?

22. Une équipe modifie les conditions de diffusion d’un catalyseur tout en maintenant le même temps de contact et observe une conversion inchangée. Quelle conclusion correspond au critère de Koros-Nowak ?

23. Pour rechercher une diffusion interne, une équipe compare deux tailles de grains en conservant le volume de catalyseur et le débit identiques. Les conversions obtenues sont les mêmes. Que conclut-elle ?

24. Lors de la déshydrogénation du propan-2-ol, une expérience montre que la vitesse augmente de façon sous-linéaire avec la pression en alcool, diminue quand la pression en acétone augmente et ne varie pas avec la pression en dihydrogène. Quels ordres correspondent à ces observations ?

25. Dans une étude en vitesse initiale de déshydrogénation du propan-2-ol, on augmente la pression partielle initiale en alcool tout en comparant des essais avec différentes quantités initiales d’acétone. Quelle dépendance de la vitesse initiale faut-il retenir ?

26. Deux catalyseurs sont comparés pour une même réaction : la vitesse change très peu lorsque la taille des particules varie, mais varie nettement selon la face cristalline exposée. Comment caractériser cette réaction ?

27. Au cours de l’hydrogénation du cyclohexène, la vitesse devient indépendante de la concentration en cyclohexène dans une large plage de conditions. Quelle interprétation explique cet ordre nul ?

28. Un moteur doit fonctionner avec le mélange stœchiométrique indiqué. Pour 10 g de carburant, quelle masse d’air faut-il prévoir ?

29. Dans un pot catalytique trois voies, quels produits résultent du traitement du CO, des NOx et des hydrocarbures non consommés ?

30. Au début des années 2000, les offres russes de palladium tardent à être publiées alors que le marché est déjà haussier. Quelle évolution des prix s’ensuit avant le retour à la normale ?

31. Un constructeur automobile dépend du palladium, tandis que sa production mondiale est concentrée dans peu de pays et que l’offre ne suit pas toujours la demande. Quels facteurs caractérisent cette tension sur les platinoïdes ?

32. Quel événement Volkswagen a reconnu en septembre 2015 au sujet des émissions de ses voitures ?

33. Dans un pot catalytique actuel pour moteur à essence, quelle composition massique approximative associe correctement le palladium, le platine et le rhodium ?

34. Un fabricant cherche à remplacer un métal dans un catalyseur trois voies, mais doit conserver la réduction des NOx. Quelle décision respecte le rôle des métaux précieux ?

35. Dans un catalyseur trois voies, un technicien suit les transformations de trois polluants : CO, NOx et hydrocarbures non consommés. Quel ensemble de produits doit-il observer ?

36. Pour l’oxydation du CO sur Rh⁰, si la concentration en CO est divisée par deux et celle en O₂ est multipliée par deux, par quel facteur la loi de vitesse globale prévoit-elle que la vitesse est multipliée ?

37. Lors d’une étude comparative, une hausse de CO ralentit la réaction sur Rh⁰ mais l’accélère sur Rhˣ⁺. Quelle interprétation explique cette différence ?

38. Lors d’une expérience sur la synthèse de l’ammoniac, quelle suite d’étapes décrit le mécanisme de Haber-Bosch démontré par Ertl, depuis l’azote adsorbé jusqu’au produit libéré ?

39. Sur une surface métallique, deux espèces adsorbées se déplacent lentement et interagissent fortement avec la surface ; quelle conséquence est la plus probable pour leur rencontre et leur réaction ?

40. Sur Pt(111), une mesure compare l’oxydation du CO à faible et à fort recouvrement ; quelle interprétation associe correctement les énergies d’activation à ces deux conditions ?

41. Une équipe cherche à identifier l’origine du furfural dans la biomasse ; quelle matière première végétale fournit le mélange de polysaccharides dont il est issu ?

42. Une usine veut produire du furfural à partir de sources de pentoses mentionnées pour cette filière ; laquelle de ces matières premières correspond à une source répertoriée ?

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44. Pour convertir du méthanol en oléfines, une équipe choisit un catalyseur dont les sites acides réalisent la catalyse dans un solide cristallin microporeux. Quel matériau correspond à cette description ?

45. Quelle définition de la catalyse Ostwald donne-t-il en 1895 ?

46. Un catalyseur contient 5 % massique de palladium et la masse molaire du Pd vaut 106,42 g⋅mol−1106{,}42\ \text{g·mol}^{-1}106,42 g⋅mol−1. Quelle quantité totale de palladium contient un gramme de ce catalyseur ?

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8. À l’équilibre, une espèce X s’adsorbe de façon non dissociative selon Langmuir. Si $K=2$ et $P=3$ , quelle expression donne la concentration adsorbée, en fonction de $[L]$ ?

11. A et B se disputent les mêmes sites d’adsorption. Pour $K_A=2$ , $P_A=1$ , $K_B=1$ , $P_B=2$ et une concentration totale de sites $[L]$ , quelle concentration de A adsorbé prévoit le modèle compétitif ?

17. Pour une réaction dont la loi globale est $r=k[A]^2[B]$ , que devient la vitesse si $[A]$ double, $[B]$ reste constante et la température ne change pas ?

46. Un catalyseur contient 5 % massique de palladium et la masse molaire du Pd vaut $106{,}42\ \text{g·mol}^{-1}$ . Quelle quantité totale de palladium contient un gramme de ce catalyseur ?