QCM : Premier principe et enthalpie de réaction (11 questions)

Question 1

1. Dans un modèle thermodynamique, qu’est-ce qui définit le système étudié par rapport au milieu extérieur ?

Une surface séparant deux parties du milieu extérieur

Un ensemble de constituants séparé du milieu extérieur par une surface

Une grandeur macroscopique décrivant l’ensemble des constituants

Un ensemble de constituants en contact avec le milieu extérieur sans frontière

Explication

Un système thermodynamique est un ensemble de constituants délimité du milieu extérieur par une surface. Le milieu extérieur désigne ce qui entoure le système, la surface est sa frontière et une grandeur d’état sert à le décrire.

Answer

Un ensemble de constituants séparé du milieu extérieur par une surface

Question 2

2. On double la quantité d’un même matériau tout en gardant ses conditions uniformes : sa masse double, mais sa température reste identique. Comment classer ces deux grandeurs ?

La masse est extensive et la température intensive

La masse et la température sont extensives

La masse est intensive et la température extensive

La masse et la température sont intensives

Explication

La masse dépend de la taille du système et s’additionne, tandis que la température ne dépend pas de sa taille et se définit localement. Classer la masse comme intensive confond additivité et caractère local; classer la température comme extensive lui attribue une dépendance à la taille qu’elle n’a pas.

Answer

La masse est extensive et la température intensive

Question 3

3. Quelles contributions constituent l’énergie interne d’un système ?

L’énergie cinétique interne et l’énergie potentielle extérieure

L’énergie potentielle interne et l’énergie cinétique extérieure

Les énergies cinétique et potentielle extérieures

Les énergies cinétique et potentielle internes

Explication

L’énergie interne est la somme des énergies cinétique et potentielle internes du système. Les contributions extérieures appartiennent à l’énergie totale, tandis que l’énergie cinétique interne seule omet la contribution potentielle interne.

Answer

Les énergies cinétique et potentielle internes

Question 4

4. Un système fermé macroscopiquement au repos reçoit un travail $W=12\,\text{J}$ et cède une chaleur $Q=-5\,\text{J}$ . Quelle est sa variation d’énergie interne ?

\Delta U=7\,\text{J}

\Delta U=-17\,\text{J}

\Delta U=-7\,\text{J}

\Delta U=17\,\text{J}

Explication

Pour ce système, $\Delta U=W+Q$ , donc $12+(-5)=7\,\text{J}$ . Additionner les valeurs absolues donne 17 J, soustraire le travail donne −17 J, et inverser le signe de la chaleur donne aussi 17 J.

Answer

$$\Delta U=7\,\text{J}$$

Question 5

5. Que représente l’enthalpie d’un système thermodynamique ?

Une fonction d’état intensive définie par la différence entre son énergie interne et le produit de sa pression par son volume

Un travail mécanique égal au produit de la pression extérieure par la variation de volume du système

Une fonction d’état extensive définie par la somme de son énergie interne et du produit de sa pression par son volume

Une quantité de chaleur échangée par le système lors d’une transformation à volume constant

Explication

L’enthalpie est une fonction d’état extensive définie par $H=U+PV$ . Le travail associé à la pression et au volume ne constitue pas sa définition, même s’il intervient dans les transformations thermodynamiques.

Answer

Une fonction d’état extensive définie par la somme de son énergie interne et du produit de sa pression par son volume

Question 6

6. Quelle pression est retenue comme pression standard en thermodynamique ?

1{,}013\times10^5\ \mathrm{Pa}

, soit environ

1{,}013\ \mathrm{bar}

10^5\ \mathrm{Pa}

, soit

1\ \mathrm{bar}

10^6\ \mathrm{Pa}

, soit

10\ \mathrm{bar}

10^4\ \mathrm{Pa}

, soit

0{,}1\ \mathrm{bar}

Explication

La pression standard est définie comme $P^\circ=10^5\ \mathrm{Pa}$ , ce qui correspond à $1\ \mathrm{bar}$ . La valeur proche de $1{,}013\times10^5\ \mathrm{Pa}$ est une autre référence de pression, et non la valeur standard retenue ici.

Answer

$$10^5\ \mathrm{Pa}$$, soit $$1\ \mathrm{bar}$$

Question 7

7. À quoi sert le bilan enthalpique d’une transformation monobare adiabatique dans un réacteur ?

À établir la variation d’enthalpie sans tenir compte de la réaction chimique

À calculer la pression standard à partir des coefficients stœchiométriques

À déterminer la chaleur échangée avec l’extérieur à température constante

À relier l’avancement de réaction à la variation de température du système

Explication

Le bilan relie la contribution de la réaction, $\xi_f\Delta_rH^\circ$ , à la variation thermique du système, $C_{p,\mathrm{système}}\Delta T$ , qui se compensent en régime adiabatique. Le calcul de la chaleur échangée à température constante correspond plutôt à une transformation où un transfert thermique peut avoir lieu.

Answer

À relier l’avancement de réaction à la variation de température du système

Question 8

8. En quoi l’enthalpie standard de formation d’un élément dans son état standard de référence diffère-t-elle de celle de H⁺(aq) ?

Celle de l’élément est toujours positive, tandis que celle de H⁺(aq) est négative dans son état standard.

Celle de l’élément est définie pour une mole de composé, tandis que celle de H⁺(aq) est mesurée pour une mole de gaz.

Celle de l’élément vaut zéro, tandis que celle de H⁺(aq) est nulle par convention à toute température.

Celle de l’élément dépend de la température, tandis que celle de H⁺(aq) vaut zéro uniquement à température ambiante.

Explication

Un élément dans son état standard de référence possède une enthalpie standard de formation nulle, et la valeur de H⁺(aq) est fixée à zéro par convention pour toute température. Contrairement à l’option évoquant la température ambiante, cette convention concernant H⁺(aq) n’est pas limitée à une température particulière.

Answer

Celle de l’élément vaut zéro, tandis que celle de H⁺(aq) est nulle par convention à toute température.

Question 9

9. Si l’équation d’une réaction est inversée, quelle conséquence cela a-t-il sur son enthalpie standard de réaction calculée par la loi de Hess ?

Sa valeur est multipliée par deux, car les coefficients changent de côté.

Elle reste inchangée, car les espèces chimiques présentes sont les mêmes.

Elle devient nulle, car les enthalpies de formation s’annulent.

Son signe s’inverse, car les rôles des réactifs et des produits sont échangés.

Explication

Inverser l’équation échange les coefficients stœchiométriques des produits et des réactifs, ce qui change le signe de l’enthalpie de réaction. La valeur ne reste pas inchangée : elle dépend du sens et des coefficients de l’équation écrite.

Answer

Son signe s’inverse, car les rôles des réactifs et des produits sont échangés.

Question 10

10. Pour déterminer la composition d’une phase, on mesure les quantités de matière de ses constituants. Comment calculer la fraction molaire d’un constituant donné ?

Diviser sa quantité de matière par le nombre de constituants présents dans la phase.

Soustraire sa quantité de matière de la quantité totale de matière dans la phase.

Diviser sa quantité de matière par la quantité totale de matière dans la phase.

Diviser la quantité totale de matière dans la phase par sa quantité de matière.

Explication

La fraction molaire d’un constituant est le rapport entre sa quantité de matière et la somme des quantités de matière de tous les constituants de la phase. Le nombre de constituants ne remplace pas cette somme dans le calcul.

Answer

Diviser sa quantité de matière par la quantité totale de matière dans la phase.

Question 11

11. Quelle propriété distingue la variation d’énergie interne des échanges de chaleur et de travail ?

Elle dépend des états initial et final, mais pas du chemin suivi.

Elle est égale au travail fourni, quelle que soit la transformation.

Elle dépend du chemin suivi, mais pas des états initial et final.

Elle est égale à la chaleur échangée, quelle que soit la transformation.

Explication

L’énergie interne est une fonction d’état : sa variation dépend des états initial et final, et non du chemin suivi. La chaleur et le travail sont des formes différentielles qui, contrairement à cette variation, dépendent du chemin.

Answer

Elle dépend des états initial et final, mais pas du chemin suivi.

QCM : Premier principe et enthalpie de réaction (11 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Dans un modèle thermodynamique, qu’est-ce qui définit le système étudié par rapport au milieu extérieur ?

2. On double la quantité d’un même matériau tout en gardant ses conditions uniformes : sa masse double, mais sa température reste identique. Comment classer ces deux grandeurs ?

3. Quelles contributions constituent l’énergie interne d’un système ?

4. Un système fermé macroscopiquement au repos reçoit un travail $W=12\,\text{J}$ et cède une chaleur $Q=-5\,\text{J}$ . Quelle est sa variation d’énergie interne ?

5. Que représente l’enthalpie d’un système thermodynamique ?

6. Quelle pression est retenue comme pression standard en thermodynamique ?

7. À quoi sert le bilan enthalpique d’une transformation monobare adiabatique dans un réacteur ?

8. En quoi l’enthalpie standard de formation d’un élément dans son état standard de référence diffère-t-elle de celle de H⁺(aq) ?

9. Si l’équation d’une réaction est inversée, quelle conséquence cela a-t-il sur son enthalpie standard de réaction calculée par la loi de Hess ?

10. Pour déterminer la composition d’une phase, on mesure les quantités de matière de ses constituants. Comment calculer la fraction molaire d’un constituant donné ?

11. Quelle propriété distingue la variation d’énergie interne des échanges de chaleur et de travail ?

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QCM : Premier principe et enthalpie de réaction (11 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Dans un modèle thermodynamique, qu’est-ce qui définit le système étudié par rapport au milieu extérieur ?

2. On double la quantité d’un même matériau tout en gardant ses conditions uniformes : sa masse double, mais sa température reste identique. Comment classer ces deux grandeurs ?

3. Quelles contributions constituent l’énergie interne d’un système ?

4. Un système fermé macroscopiquement au repos reçoit un travail W=12 JW=12\,\text{J}W=12J et cède une chaleur Q=−5 JQ=-5\,\text{J}Q=−5J. Quelle est sa variation d’énergie interne ?

5. Que représente l’enthalpie d’un système thermodynamique ?

6. Quelle pression est retenue comme pression standard en thermodynamique ?

7. À quoi sert le bilan enthalpique d’une transformation monobare adiabatique dans un réacteur ?

8. En quoi l’enthalpie standard de formation d’un élément dans son état standard de référence diffère-t-elle de celle de H⁺(aq) ?

9. Si l’équation d’une réaction est inversée, quelle conséquence cela a-t-il sur son enthalpie standard de réaction calculée par la loi de Hess ?

10. Pour déterminer la composition d’une phase, on mesure les quantités de matière de ses constituants. Comment calculer la fraction molaire d’un constituant donné ?

11. Quelle propriété distingue la variation d’énergie interne des échanges de chaleur et de travail ?

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4. Un système fermé macroscopiquement au repos reçoit un travail $W=12\,\text{J}$ et cède une chaleur $Q=-5\,\text{J}$ . Quelle est sa variation d’énergie interne ?