QCM : Principes fondamentaux de la physique-chimie — 22 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle grandeur mesure le nombre de fois qu’une réaction a progressé depuis l’état initial, exprimée en moles ?

L’avancement de la réaction
La constante d’équilibre
Le temps de demi-réaction
La vitesse volumique de réaction

L’avancement de la réaction

Explication

L’avancement, noté x, quantifie la progression de la réaction depuis l’état initial en quantité de matière. La vitesse et la constante d’équilibre décrivent autre chose.

2. Que représente le temps de demi-réaction d’une transformation chimique ?

L’instant où la vitesse devient nulle
La durée au bout de laquelle la concentration double
L’instant où le catalyseur est entièrement consommé
L’instant où l’avancement atteint la moitié de sa valeur maximale

L’instant où l’avancement atteint la moitié de sa valeur maximale

Explication

Le temps de demi-réaction correspond à l’instant où x = xmax/2. Il ne décrit pas l’épuisement du catalyseur ni le doublement d’une concentration.

3. Selon la loi d’action de masse, que vaut la fonction des concentrations à l’équilibre ?

Elle est toujours égale à 1
Elle dépend uniquement de la pression
Elle vaut une constante K qui ne dépend que de la température
Elle est égale au produit des coefficients stœchiométriques

Elle vaut une constante K qui ne dépend que de la température

Explication

À l’équilibre, la fonction des concentrations Π prend la valeur d’une constante K dépendant seulement de la température. Elle n’est pas en général égale à 1.

4. Comment évolue spontanément un système si la fonction des concentrations est inférieure à la constante d’équilibre ?

Il reste inchangé car il est déjà à l’équilibre
Il évolue dans le sens inverse et Π augmente
Il évolue dans le sens direct et Π augmente
Il se transforme en priorité par dilution

Il évolue dans le sens direct et Π augmente

Explication

Si Π < K, l’évolution spontanée se fait dans le sens direct, ce qui fait augmenter Π. Le sens inverse correspond au cas Π > K.

5. Lors de la dilution d’un acide faible, comment varie le pH quand le volume augmente ?

Le pH augmente avec une dépendance en moitié de logarithme
Le pH devient égal à 7
Le pH reste constant
Le pH diminue fortement

Le pH augmente avec une dépendance en moitié de logarithme

Explication

Pour un acide faible, la dilution conduit à pH’ = pH + 1/2·log(V’/V), donc le pH augmente. Il ne reste pas constant en général.

6. Quelle propriété caractérise une solution tampon ?

Elle contient uniquement un acide fort
Son pH vaut toujours 7
Elle ne peut exister qu’à très haute température
Son pH reste presque constant lors d’une dilution ou d’ajouts modérés d’acide ou de base forts

Son pH reste presque constant lors d’une dilution ou d’ajouts modérés d’acide ou de base forts

Explication

Une solution tampon garde un pH presque constant malgré une dilution ou des ajouts modérés d’acide/base forts. Elle est généralement voisine de pKa.

7. À la demi-équivalence d’un dosage d’un acide faible par une base forte, quelle relation est vérifiée ?

Les formes acide et basique conjuguées sont en quantités égales et pH = pKa
La base est totalement consommée et pH = 7
Le pH est égal à 14
La solution est forcément neutre

Les formes acide et basique conjuguées sont en quantités égales et pH = pKa

Explication

À la demi-équivalence, [AH] = [A−], ce qui entraîne pH = pKa. La neutralité n’est pas la règle générale dans ce cas.

8. Quand prépare-t-on avantageusement une solution tampon ?

Après la destruction complète de l’acide
Au point d’ébullition de la solution
Uniquement lorsque la solution est très diluée
Au voisinage de la demi-équivalence d’un couple acide faible/base conjuguée

Au voisinage de la demi-équivalence d’un couple acide faible/base conjuguée

Explication

Une solution tampon se prépare au voisinage de la demi-équivalence, où les formes acide et basique conjuguées sont présentes en proportions comparables. Cela stabilise le pH.

9. Dans une pile électrochimique, que signifie une fem à vide positive ?

L’électrode de droite est la borne positive
L’électrode de gauche est la borne positive
La réaction spontanée est impossible
Le pont salin est inutilisable

L’électrode de droite est la borne positive

Explication

Si E > 0, la borne positive est à droite dans l’écriture de la pile. Une fem positive traduit donc le sens spontané de fonctionnement.

10. Quelle relation relie la fem d’une pile à la fonction de concentration Π ?

E = 0,03·log(E°)
E = E° + 0,03·Π
E = E° − 0,03·log(Π)
E = Π − E°

E = E° − 0,03·log(Π)

Explication

La fem s’écrit E = E° − 0,03·log(Π) pour l’équation associée de la pile. Cette relation montre que la tension dépend de la composition des demi-piles.

11. Dans un circuit RL soumis à un échelon de tension, que traduit principalement la f.é.m. d’auto-induction dans la bobine ?

Elle transforme directement l’énergie électrique en chaleur sans délai
Elle annule toujours la résistance du circuit
Elle entretient un courant constant quel que soit le circuit
Elle s’oppose à la variation du courant qui la traverse

Elle s’oppose à la variation du courant qui la traverse

Explication

La f.é.m. d’auto-induction apparaît quand le courant varie et, selon la loi de Lenz, elle s’oppose à cette variation. Elle ne supprime pas la résistance ni n’entretient le courant de façon indépendante.

12. Dans un dipôle RL parcouru par un échelon de tension, quelle expression donne la constante de temps du circuit ?

τ = E/(R+r)
τ = (R+r)/L
τ = L(R+r)
τ = L/(R+r)

τ = L/(R+r)

Explication

La constante de temps d’un circuit RL dépend de l’inductance et de la résistance totale, et s’écrit τ = L/(R+r). C’est elle qui fixe la rapidité d’établissement du courant.

13. Dans un circuit RLC libre non amorti, quelle relation relie la pulsation propre aux paramètres du circuit ?

ω0 = 1/√(LC)
ω0 = L/C
ω0 = √(LC)
ω0 = 1/(L+C)

ω0 = 1/√(LC)

Explication

En l’absence d’amortissement, la pulsation propre d’un RLC ne dépend que de L et C : ω0 = 1/√(LC). Les autres expressions ne correspondent pas à cette pulsation caractéristique.

14. Quel effet provoquent les pertes par résistance sur les oscillations libres d’un circuit RLC ?

Elles augmentent l’amplitude jusqu’à saturation
Elles rendent la charge strictement constante
Elles imposent une oscillation sinusoïdale parfaite
Elles font décroître l’amplitude au cours du temps

Elles font décroître l’amplitude au cours du temps

Explication

Les résistances dissipent de l’énergie, ce qui amortit les oscillations et fait décroître l’amplitude. En régime apériodique, l’oscillation sinusoïdale disparaît même complètement.

15. Quelle équation différentielle modélise un oscillateur mécanique amorti soumis à un forçage sinusoïdal ?

k d²x/dt² + h x + m = Fm sin(ωt)
m d²x/dt² + kx = 0 uniquement
m dx/dt + kx = Fm cos(ωt)
m d²x/dt² + h dx/dt + kx = Fm sin(ωt + φF)

m d²x/dt² + h dx/dt + kx = Fm sin(ωt + φF)

Explication

Un oscillateur forcé amorti combine inertie, frottement proportionnel à la vitesse, rappel élastique et excitation sinusoïdale. C’est exactement la forme m d²x/dt² + h dx/dt + kx = Fm sin(ωt + φF).

16. À quelle pulsation la résonance de vitesse d’un oscillateur mécanique est-elle obtenue dans le modèle présenté ?

À la pulsation propre ω0
À la pulsation ωr de résonance d’amplitude
À une pulsation quelconque, indépendante du frottement
À la pulsation nulle

À la pulsation propre ω0

Explication

La résonance de vitesse est atteinte lorsque la vitesse a son amplitude maximale, ce qui conduit ici à ω = ω0. La résonance d’amplitude, elle, se produit à ωr et dépend du frottement.

17. Comment appelle-t-on une perturbation mécanique de courte durée qui se propage dans un milieu élastique ?

Un ébranlement
Une induction
Une diffraction
Une résonance

Un ébranlement

Explication

Un ébranlement est précisément une perturbation mécanique brève transmise par un milieu élastique. Les autres termes renvoient à d’autres phénomènes physiques.

18. Quelle relation relie la longueur d’onde λ, la célérité v et la période T d’une onde sinusoïdale ?

λ = v/T
λ = v + T
λ = T/v
λ = vT

λ = vT

Explication

Pour une onde progressive sinusoïdale, la longueur d’onde est le produit de la célérité par la période : λ = vT. Cette relation relie directement l’espace et le temps de propagation.

19. Quelle expression décrit l’évolution du nombre de noyaux non désintégrés dans une décroissance radioactive ?

N(t) = N0/λ
N(t) = N0 + λt
N(t) = N0 e^{-λt}
N(t) = N0 e^{λt}

N(t) = N0 e^{-λt}

Explication

La décroissance radioactive suit une loi exponentielle décroissante : N(t) = N0 e^{-λt}. Le signe négatif de l’exposant traduit la diminution du nombre de noyaux au cours du temps.

20. Pour une désintégration β−, quel changement nucléaire caractérise le noyau fils ?

Le nombre de masse A augmente de 1 et le nombre de charge Z reste constant
Le nombre de masse A reste constant et le nombre de charge Z augmente de 1
Le nombre de masse A diminue de 4 et le nombre de charge Z diminue de 2
Le nombre de masse A reste constant et le nombre de charge Z diminue de 1

Le nombre de masse A reste constant et le nombre de charge Z augmente de 1

Explication

Lors d’une désintégration β−, un neutron se transforme en proton avec émission d’un électron, ce qui conserve A mais augmente Z d’une unité. La variation A − 4 et Z − 2 correspond au cas α.

21. Lors d’une fission induite par un neutron, quelle relation de conservation doit être vérifiée pour le nombre de masse ?

A1 + A2 + y = A + 1
Z1 + Z2 + y = Z + 1
Z1 + Z2 = Z
A1 + A2 = A

A1 + A2 + y = A + 1

Explication

Dans une fission provoquée par un neutron, la conservation du nombre de masse impose que la somme des masses des produits, plus les neutrons émis, soit égale à celle du noyau initial augmentée de 1. La relation sur Z concerne la charge, pas le nombre de masse.

22. Quelle affirmation décrit correctement une réaction de fusion nucléaire ?

Un noyau instable émet un électron sans modifier son nombre de masse
Un noyau lourd se scinde en deux fragments en libérant un neutron
Deux noyaux légers s’unissent pour former un noyau plus lourd à très haute température
Deux noyaux lourds échangent des protons sans variation d’énergie

Deux noyaux légers s’unissent pour former un noyau plus lourd à très haute température

Explication

La fusion correspond à l’union de deux noyaux légers en un noyau plus lourd et elle nécessite une température très élevée, de l’ordre de 10^8 K. La fission, au contraire, est la scission d’un noyau lourd.

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Avancement d’une réaction

Quantité de réaction en moles.

Vitesse moyenne réaction

Δx/Δt, variation d’avancement sur temps.

Vitesse instantanée

d(x)/dt, dérivée de x par rapport au temps.

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