QCM : Lois de vitesse et facteurs cinétiques — 23 questions

Questions et réponses du QCM

1. Dans la loi v=K[A]α[B]βv=K[A]^\alpha[B]^\beta, comment définit-on l’ordre global de la réaction ?

Comme la somme α+β\alpha+\beta des ordres partiels
Comme l’exposant associé au réactif B
Comme l’exposant associé au réactif A
Comme le produit αβ\alpha\beta des ordres partiels

Comme la somme $$\alpha+\beta$$ des ordres partiels

Explication

L’ordre global est obtenu en additionnant les ordres partiels associés aux différents réactifs, soit α+β\alpha+\beta. L’exposant α\alpha ou β\beta pris séparément décrit l’ordre partiel d’un seul réactif.

2. Que représente le temps de demi-réaction t1/2t_{1/2} pour un réactif limitant ?

Le temps nécessaire pour consommer toute la concentration initiale
Le temps nécessaire pour atteindre [A]t1/2=[A]0/2[A]_{t_{1/2}}=[A]_0/2
Le temps nécessaire pour réduire la constante de vitesse de moitié
Le temps nécessaire pour produire la moitié de la quantité finale de produit

Le temps nécessaire pour atteindre $$[A]_{t_{1/2}}=[A]_0/2$$

Explication

Le temps de demi-réaction est atteint lorsque la concentration du réactif limitant a diminué jusqu’à la moitié de sa valeur initiale. Il ne correspond donc ni à l’avancement complet ni à une modification de la constante de vitesse.

3. Dans un dosage, que signifie l’atteinte de l’équivalence ?

La concentration du titrant devient égale à celle du constituant analysé
Les réactifs du dosage ont été introduits dans des proportions stœchiométriques
Le changement de couleur observé indique la fin pratique du dosage
Le constituant dosé a entièrement disparu avant l’ajout du dernier réactif

Les réactifs du dosage ont été introduits dans des proportions stœchiométriques

Explication

L’équivalence correspond à l’introduction des réactifs dans les proportions stœchiométriques de la réaction de dosage. Le changement de couleur constitue plutôt un repérage expérimental du point final, qui permet d’identifier pratiquement cette situation.

4. De quels facteurs dépend principalement la conductance mesurée d’une solution lors d’un suivi conductimétrique ?

De la masse totale du solvant et de sa température initiale
De la pression atmosphérique et de la durée du prélèvement
De la couleur de la solution et du volume de l’électrode
Des ions présents et de leurs concentrations

Des ions présents et de leurs concentrations

Explication

La conductance mesurée dépend de la nature des ions présents dans la solution et de leurs concentrations. La masse du solvant ou la couleur de la solution ne décrivent pas les facteurs ioniques responsables du transport du courant.

5. Quelle relation définit la conductance électrique GG d’une solution et dans quelle unité s’exprime-t-elle ?

G=UIG=U-I, en ampères
G=I/UG=I/U, en siemens
G=U/IG=U/I, en ohms
G=I×UG=I\times U, en volts

$$G=I/U$$, en siemens

Explication

La conductance est le rapport de l’intensité du courant à la tension appliquée, soit G=I/UG=I/U, et son unité est le siemens. Le rapport U/IU/I correspond à la résistance électrique, et non à la conductance.

6. Comment un catalyseur accélère-t-il une réaction thermodynamiquement possible ?

Il modifie les coefficients stœchiométriques afin de rendre la réaction thermodynamiquement favorable
Il déplace l’équilibre vers les produits en augmentant l’énergie libre de la réaction
Il augmente la température du milieu et devient un produit supplémentaire de la réaction
Il propose un mécanisme alternatif de plus faible énergie d’activation sans apparaître dans l’équation-bilan

Il propose un mécanisme alternatif de plus faible énergie d’activation sans apparaître dans l’équation-bilan

Explication

Un catalyseur fournit une voie réactionnelle dont l’énergie d’activation est plus faible, ce qui augmente la vitesse sans figurer dans l’équation-bilan. Il ne rend pas une réaction thermodynamiquement possible et ne modifie pas ses coefficients stœchiométriques.

7. Quelle expression correspond à la loi d’Arrhenius pour une température absolue TT ?

k(T)=AeRT/Eak(T)=Ae^{-RT/E_a}
k(T)=AeEa/(RT)k(T)=Ae^{-E_a/(RT)}
k(T)=EaARTk(T)=\frac{E_a}{ART}
k(T)=A+EaRTk(T)=A+E_aRT

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

Explication

La loi d’Arrhenius relie la constante de vitesse à la température par k(T)=AeEa/(RT)k(T)=Ae^{-E_a/(RT)}, où AA est le facteur préexponentiel et EaE_a l’énergie d’activation. L’expression AeRT/EaAe^{-RT/E_a} inverse à tort le rapport entre l’énergie d’activation et le terme thermique.

8. Pour une réaction aAPaA\rightarrow P d’ordre α\alpha, quelle relation décrit correctement la vitesse de disparition de A ?

1ad[A]dt=K[A]α-\frac{1}{a}\frac{d[A]}{dt}=K[A]^\alpha
ad[A]dt=K[A]α-a\frac{d[A]}{dt}=K[A]^\alpha
d[A]dt=K[A]α\frac{d[A]}{dt}=K[A]^\alpha
1ad[A]dt=K[A]α\frac{1}{a}\frac{d[A]}{dt}=-K[A]^{-\alpha}

$$-\frac{1}{a}\frac{d[A]}{dt}=K[A]^\alpha$$

Explication

La vitesse de réaction est définie par 1ad[A]dt-\frac{1}{a}\frac{d[A]}{dt}, puis reliée à K[A]αK[A]^\alpha. Comme la concentration de A diminue, d[A]dt\frac{d[A]}{dt} est négatif et le signe moins rend la vitesse de disparition positive.

9. Quelle démarche caractérise la méthode intégrale de détermination de l’ordre d’une réaction ?

Comparer directement les concentrations initiales et finales, sans utiliser de loi intégrée
Formuler une hypothèse, intégrer la loi, comparer les données linéarisées, puis valider et déterminer KK par la pente
Calculer d’abord KK à partir de la masse du réactif, puis choisir l’ordre donnant cette valeur
Mesurer une seule vitesse initiale, puis identifier l’ordre à partir de la température du milieu

Formuler une hypothèse, intégrer la loi, comparer les données linéarisées, puis valider et déterminer $$K$$ par la pente

Explication

La méthode intégrale teste successivement une loi intégrée et sa forme linéarisée avec les résultats expérimentaux; une hypothèse validée permet ensuite d’obtenir KK grâce à la pente. Une seule mesure ou la masse du réactif ne suffit pas à établir cette comparaison.

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

La constante qui relie directement la pression à la température
La barrière énergétique à franchir pour passer des réactifs aux produits
La différence de concentration entre les réactifs et les produits
La chaleur libérée par la réaction lorsque les produits se forment

La barrière énergétique à franchir pour passer des réactifs aux produits

Explication

L’énergie d’activation est la barrière énergétique que les réactifs doivent franchir pour atteindre les produits, avec des valeurs typiquement comprises entre 20 et 300 kJ·mol⁻¹. Elle ne correspond pas directement à la chaleur de réaction.

11. Pour une réaction d’ordre 0, quelle évolution de la concentration [A]t[A]_t est attendue ?

[A]t=[A]0aKt[A]_t=[A]_0-aKt
[A]t=[A]0eaKt[A]_t=[A]_0e^{-aKt}
[A]t=[A]01+aK[A]0t[A]_t=\frac{[A]_0}{1+aK[A]_0t}
[A]t=[A]0+aKt[A]_t=[A]_0+aKt

$$[A]_t=[A]_0-aKt$$

Explication

L’intégration de la loi d’ordre 0 conduit à une diminution linéaire de la concentration avec le temps, donnée par [A]t=[A]0aKt[A]_t=[A]_0-aKt. Une décroissance exponentielle correspond à l’ordre 1, et l’expression fractionnaire correspond à l’ordre 2.

12. Quelle propriété distingue le temps de demi-réaction d’une réaction d’ordre 1 de ceux des ordres 0 et 2 ?

Pour l’ordre 1, t1/2=[A]02aKt_{1/2}=\frac{[A]_0}{2aK} et augmente avec [A]0[A]_0
Pour l’ordre 1, t1/2=ln[A]0aKt_{1/2}=\frac{\ln[A]_0}{aK} et dépend logarithmiquement de [A]0[A]_0
Pour l’ordre 1, t1/2=ln2aKt_{1/2}=\frac{\ln2}{aK} et ne dépend pas de [A]0[A]_0
Pour l’ordre 1, t1/2=1aK[A]0t_{1/2}=\frac{1}{aK[A]_0} et diminue avec [A]0[A]_0

Pour l’ordre 1, $$t_{1/2}=\frac{\ln2}{aK}$$ et ne dépend pas de $$[A]_0$$

Explication

Pour une réaction d’ordre 1, la relation t1/2=ln2aKt_{1/2}=\frac{\ln2}{aK} ne contient pas la concentration initiale. La dépendance à [A]0[A]_0 caractérise plutôt les expressions des ordres 0 et 2.

13. Quelle distinction décrit correctement la catalyse homogène et la catalyse hétérogène ?

En catalyse homogène, le catalyseur est consommé ; en catalyse hétérogène, il reste inchangé pendant la réaction
En catalyse homogène, catalyseur et réactifs sont dans la même phase ; en catalyse hétérogène, ils sont dans des phases différentes
En catalyse homogène, les réactifs sont séparés ; en catalyse hétérogène, ils partagent une phase unique
En catalyse homogène, le catalyseur est solide ; en catalyse hétérogène, le catalyseur est toujours gazeux

En catalyse homogène, catalyseur et réactifs sont dans la même phase ; en catalyse hétérogène, ils sont dans des phases différentes

Explication

La distinction repose sur les phases physiques : elles sont identiques pour le catalyseur et les réactifs en catalyse homogène, mais différentes en catalyse hétérogène. L’état physique du catalyseur et sa consommation ne définissent pas cette opposition.

14. Une grandeur physique suit la relation Y(t)=idi[Bi]Y(t)=\sum_i d_i[B_i]. Quelle expression permet alors de calculer l’avancement relatif ?

α(t)=Y()Y(t)x\alpha(t)=\frac{Y(\infty)}{Y(t)}x_\infty
α(t)=Y(t)Y(0)Y()Y(0)x\alpha(t)=\frac{Y(t)-Y(0)}{Y(\infty)-Y(0)}x_\infty
α(t)=Y()Y(0)Y(t)Y(0)x\alpha(t)=\frac{Y(\infty)-Y(0)}{Y(t)-Y(0)}x_\infty
α(t)=Y(t)+Y(0)Y()+Y(0)x\alpha(t)=\frac{Y(t)+Y(0)}{Y(\infty)+Y(0)}x_\infty

$$\alpha(t)=\frac{Y(t)-Y(0)}{Y(\infty)-Y(0)}x_\infty$$

Explication

L’avancement relatif s’obtient en rapportant la variation de YY entre l’instant considéré et l’état initial à sa variation totale entre l’état initial et l’état final, puis en multipliant par xx_\infty. L’expression inverse utiliserait un rapport qui diminue lorsque l’évolution de la réaction progresse.

15. Sur un graphe de lnk\ln k en fonction de 1/T1/T, quelle est la pente attendue selon la loi d’Arrhenius ?

Ea/RE_a/R
R/Ea-R/E_a
lnA\ln A
Ea/R-E_a/R

$$-E_a/R$$

Explication

La forme linéarisée lnk=lnAEaR1T\ln k=\ln A-\frac{E_a}{R}\frac{1}{T} montre que la pente de lnk\ln k en fonction de 1/T1/T vaut Ea/R-E_a/R. L’ordonnée à l’origine vaut lnA\ln A, et non la pente.

16. Comment la méthode chimique permet-elle de suivre l’évolution d’une réaction au cours du temps ?

En mesurant la température du milieu à plusieurs instants pour estimer sa concentration
En observant la couleur du milieu à plusieurs instants pour identifier l’équivalence
En dosant un constituant à plusieurs instants pour déterminer sa concentration
En calculant le volume total du mélange à plusieurs instants pour connaître son avancement

En dosant un constituant à plusieurs instants pour déterminer sa concentration

Explication

Le suivi chimique repose sur des dosages réalisés à différents instants, qui permettent de déterminer la concentration d’un constituant. La mesure de la température ne fournit pas directement cette concentration dans cette méthode.

17. Pour la réaction aA+bBcC+dDaA+bB\rightarrow cC+dD, quelle expression définit correctement la vitesse de réaction normalisée ?

v=dxdt=ad[A]dt=bd[B]dt=cd[C]dt=dd[D]dtv=\frac{dx}{dt}=a\frac{d[A]}{dt}=b\frac{d[B]}{dt}=c\frac{d[C]}{dt}=d\frac{d[D]}{dt}
v=dxdt=1ad[A]dt=1bd[B]dt=1cd[C]dt=1dd[D]dtv=\frac{dx}{dt}=-\frac{1}{a}\frac{d[A]}{dt}=-\frac{1}{b}\frac{d[B]}{dt}=\frac{1}{c}\frac{d[C]}{dt}=\frac{1}{d}\frac{d[D]}{dt}
v=dxdt=ad[A]dtbd[B]dt+cd[C]dt+dd[D]dtv=\frac{dx}{dt}=-a\frac{d[A]}{dt}-b\frac{d[B]}{dt}+c\frac{d[C]}{dt}+d\frac{d[D]}{dt}
v=dxdt=d[A]dtd[B]dt+d[C]dt+d[D]dtv=\frac{dx}{dt}=-\frac{d[A]}{dt}-\frac{d[B]}{dt}+\frac{d[C]}{dt}+\frac{d[D]}{dt}

$$v=\frac{dx}{dt}=-\frac{1}{a}\frac{d[A]}{dt}=-\frac{1}{b}\frac{d[B]}{dt}=\frac{1}{c}\frac{d[C]}{dt}=\frac{1}{d}\frac{d[D]}{dt}$$

Explication

Les coefficients stœchiométriques divisent les dérivées des concentrations afin de normaliser les vitesses de disparition et de formation. Les dérivées brutes ne sont pas directement égales lorsque les coefficients stœchiométriques diffèrent.

18. Une réaction suit aA+bBproduitsaA+bB\rightarrow produits avec des concentrations initiales en proportions stœchiométriques. Quelle relation entre [B][B] et [A][A] reste valable au cours de la réaction ?

[B]=(b/a)[A][B]=(b/a)[A]
[B]=[A]+ba[B]=[A]+b-a
[B]=[A]b/a[B]=[A]^{b/a}
[B]=(a/b)[A][B]=(a/b)[A]

$$[B]=(b/a)[A]$$

Explication

Les proportions stœchiométriques initiales se maintiennent entre les réactifs, d’où [B]=(b/a)[A][B]=(b/a)[A] à tout instant. Cette relation concerne l’évolution des concentrations et ne donne pas directement un ordre partiel.

19. Pour la réaction aA+bBcC+dDaA+bB\rightarrow cC+dD, quelle expression représente la loi de vitesse ?

v=K[A]a[B]bv=K[A]^a[B]^b
v=K[A]α[B]βv=K[A]^\alpha[B]^\beta
v=K[A+B]α+βv=K[A+B]^{\alpha+\beta}
v=K[A]c[B]dv=K[A]^c[B]^d

$$v=K[A]^\alpha[B]^\beta$$

Explication

La loi de vitesse relie la vitesse aux concentrations des réactifs au moyen des exposants expérimentaux α\alpha et β\beta. Les coefficients stœchiométriques aa et bb ne déterminent pas nécessairement ces exposants, tandis que les coefficients cc et dd concernent les produits.

20. Dans quelle situation la loi de vitesse devient-elle 1ad[A]dt=kobs[A]α-\frac{1}{a}\frac{d[A]}{dt}=k_{obs}[A]^\alpha avec kobs=k[B]0βk_{obs}=k[B]_0^\beta ?

Lorsqu'A et B sont introduits en proportions stœchiométriques
Lorsque B est placé en large excès et reste presque constant
Lorsque la température est réduite afin de ralentir la réaction
Lorsque les produits sont maintenus à concentration constante

Lorsque B est placé en large excès et reste presque constant

Explication

Un large excès de B rend sa concentration approximativement constante, de sorte que k[B]0βk[B]_0^\beta est incorporé dans la constante observée. Les proportions stœchiométriques conduisent plutôt à une loi faisant apparaître l’ordre global.

21. Dans la loi v=K[A]α[B]βv=K[A]^\alpha[B]^\beta, quel exposant correspond à l’ordre partiel par rapport au réactif B ?

La somme α+β\alpha+\beta
L’exposant α\alpha
L’exposant de la constante KK
L’exposant β\beta

L’exposant $$\beta$$

Explication

L’ordre partiel par rapport à B est l’exposant β\beta qui accompagne sa concentration dans la loi de vitesse. L’exposant α\alpha décrit l’influence de A, tandis que α+β\alpha+\beta représente l’ordre global.

22. Quel effet une augmentation de température produit-elle généralement sur la constante de vitesse kk ?

Elle laisse kk inchangée, car la température agit sur l’équilibre mais pas sur la vitesse
Elle augmente kk, souvent d’un facteur compris entre 1,5 et 3 pour une hausse de 10 degrés
Elle rend kk nulle, car les collisions deviennent moins efficaces à haute température
Elle diminue kk, souvent d’un facteur compris entre 1,5 et 3 pour une hausse de 10 degrés

Elle augmente $$k$$, souvent d’un facteur compris entre 1,5 et 3 pour une hausse de 10 degrés

Explication

Dans la plupart des cas, une hausse de température augmente la constante de vitesse, et une hausse de 10 degrés peut la multiplier par environ 1,5 à 3. Certains cas particuliers peuvent différer, mais ils ne représentent pas le comportement général.

23. Pour une réaction aA+bBproduitsaA+bB\rightarrow produits réalisée avec des proportions stœchiométriques initiales, quelle grandeur cinétique peut être obtenue grâce à la loi correspondante ?

L’ordre global α+β\alpha+\beta
L’énergie d’activation EaE_a
La constante des gaz parfaits RR
La concentration initiale de B

L’ordre global $$\alpha+\beta$$

Explication

La substitution de [B]=(b/a)[A][B]=(b/a)[A] dans la loi de vitesse conduit à une puissance [A]α+β[A]^{\alpha+\beta}, ce qui permet de déterminer l’ordre global. Un large excès de B sert plutôt à isoler un ordre partiel.

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Qu'est-ce que la loi de vitesse en chimie ?

Une expression mathématique empirique quantifiant l'influence de facteurs sur la vitesse d'une réaction.

Quelle est la formule de la loi de vitesse pour aA+bBcC+dDaA+bB\rightarrow cC+dD ?

v=K[A]α[B]βv=K[A]^\alpha[B]^\beta

Que représente l'ordre partiel par rapport à A dans v=K[A]α[B]βv=K[A]^\alpha[B]^\beta ?

L'exposant α\alpha dans la loi de vitesse.

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