QCM : Principes fondamentaux de la thermodynamique chimique — 20 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quel énoncé décrit le mieux le premier principe de la thermodynamique chimique ?

La température reste constante pendant toute transformation chimique
L’énergie se conserve lors des transformations sous forme de chaleur et de travail
Le désordre de l’Univers diminue lors de toute transformation réelle
Une transformation n’est possible que si la structure microscopique est connue

L’énergie se conserve lors des transformations sous forme de chaleur et de travail

Explication

Le premier principe exprime la conservation de l’énergie lors des transformations, avec des échanges possibles de chaleur et de travail. Le désordre croissant relève du deuxième principe, pas du premier.

2. Quelle caractéristique distingue une transformation réversible d’une transformation irréversible ?

Elle ne peut se produire qu’à l’échelle microscopique
Elle peut s’effectuer dans les deux sens en restant assimilable à une suite d’états d’équilibre
Elle ne met en jeu aucun échange d’énergie
Elle conduit nécessairement à un état final unique et figé

Elle peut s’effectuer dans les deux sens en restant assimilable à une suite d’états d’équilibre

Explication

Une transformation réversible est idéalement réalisable dans les deux sens et peut être décrite comme une succession d’états d’équilibre. À l’inverse, une transformation irréversible ne permet pas le retour à l’état initial dans le processus considéré.

3. Qu’est-ce qui caractérise un état d’équilibre thermodynamique ?

Les grandeurs macroscopiques ne varient plus avec le temps
Les réactions microscopiques sont totalement arrêtées
La température du système est forcément nulle
La composition du système change continuellement

Les grandeurs macroscopiques ne varient plus avec le temps

Explication

À l’équilibre thermodynamique, les grandeurs observables restent constantes dans le temps et la composition globale ne change plus. Les phénomènes microscopiques peuvent toutefois continuer à se produire en sens opposés.

4. Que se passe-t-il lorsqu’un système vérifie un équilibre chimique à conditions fixées ?

Le système revient spontanément à l’état initial
Les réactions directe et inverse continuent à la même vitesse
La réaction directe cesse complètement
La composition devient différente à chaque instant

Les réactions directe et inverse continuent à la même vitesse

Explication

L’équilibre chimique est dynamique : les réactions opposées se poursuivent, mais avec des vitesses égales et non nulles. C’est pourquoi les grandeurs macroscopiques restent constantes.

5. Que représente l’avancement de réaction ξ ?

Le pourcentage de réaction déjà terminé
La température atteinte par le mélange
La masse totale des produits formés
Une grandeur en moles qui mesure l’importance de la transformation

Une grandeur en moles qui mesure l’importance de la transformation

Explication

L’avancement ξ est une grandeur exprimée en moles qui quantifie l’état d’avancement de la réaction. Il relie les quantités de matière aux coefficients stœchiométriques.

6. Si une réaction est totale, à quoi correspond l’avancement maximal ξmax ?

À la quantité de produit effectivement isolée après purification
À une valeur indépendante de la composition initiale
À la quantité initiale totale de tous les réactifs
À la valeur atteinte lorsque le réactif limitant est épuisé

À la valeur atteinte lorsque le réactif limitant est épuisé

Explication

L’avancement maximal est atteint quand le réactif limitant est consommé. Dans ce cas, la réaction ne peut plus progresser davantage dans le sens direct.

7. Quel est le lien entre le quotient réactionnel Q et la constante d’équilibre K à l’équilibre ?

Q est toujours supérieur à K
Q est égal à K
Q ne dépend pas de la composition
Q est toujours inférieur à K

Q est égal à K

Explication

À l’équilibre, le quotient réactionnel prend exactement la valeur de la constante d’équilibre. C’est ce qui traduit l’absence d’évolution macroscopique du système.

8. Si, à un instant donné, Q est supérieur à K, dans quel sens le système évolue-t-il ?

Sans évolution possible
Dans le sens des réactifs vers les produits
Vers un état non thermodynamique
Dans le sens des produits vers les réactifs

Dans le sens des produits vers les réactifs

Explication

Lorsque Q > K, le système évolue dans le sens inverse afin de diminuer Q et rejoindre l’équilibre. Les produits sont alors consommés au profit des réactifs.

9. Quelle affirmation décrit une variable extensive ?

Elle est forcément égale à la température
Elle dépend de la quantité de matière du système
Elle reste identique quelle que soit la taille du système
Elle ne peut pas être mesurée expérimentalement

Elle dépend de la quantité de matière du système

Explication

Une variable extensive varie avec la quantité de matière et est additive, comme la masse, la quantité de matière ou le volume. Une variable intensive, au contraire, ne dépend pas de la taille du système.

10. Quelle propriété caractérise une fonction d’état ?

Elle n’existe que pour les systèmes en équilibre
Sa variation ne dépend pas du chemin suivi entre deux états
Elle est forcément extensive
Elle dépend de la vitesse de transformation

Sa variation ne dépend pas du chemin suivi entre deux états

Explication

La variation d’une fonction d’état ne dépend que de l’état initial et de l’état final, pas du trajet parcouru. C’est ce qui la distingue d’une grandeur de chemin.

11. Quelle expression relie correctement la capacité calorifique molaire C à la capacité calorifique massique c ?

C = cM/1000
C = cM
C = 1000c/M
C = c/M

C = cM/1000

Explication

La relation donnée est C = cM/1000, avec le facteur 1000 lié à la conversion entre grammes et kilogrammes. Les autres expressions ne respectent pas les unités.

12. Dans le cas d’un corps dont la capacité calorifique est constante, quelle formule permet de calculer la chaleur échangée lors d’une variation de température ?

Q = m·c·(Tf − Ti)
Q = m·c/T
Q = c·ΔT/m
Q = m·c·(Ti − Tf)

Q = m·c·(Tf − Ti)

Explication

Si c est constant, la chaleur échangée s’écrit bien Q = m·c·(Tf − Ti). Cette relation s’applique aussi sous la forme molaire Q = n·C·(Tf − Ti).

13. Quelle expression décrit la chaleur échangée lors d’une fusion à température constante ?

Q = m·Lf
Q = m·c·ΔT
Q = n·C·ΔT
Q = m·Tf

Q = m·Lf

Explication

Pendant la fusion, la température reste constante et l’énergie sert au changement d’état, d’où Q = m·Lf. La formule Q = m·c·ΔT ne s’applique qu’en l’absence de changement d’état.

14. Dans un bilan thermique adiabatique entre plusieurs corps, quelle égalité est vérifiée ?

La température finale est égale à la température initiale
La somme des chaleurs échangées est nulle
La chaleur totale est toujours positive
Chaque corps reçoit la même chaleur

La somme des chaleurs échangées est nulle

Explication

En calorimétrie adiabatique, les échanges de chaleur entre les corps se compensent, donc ΣQi = 0. Cela ne signifie pas que chaque corps reçoit la même chaleur, mais que la somme algébrique est nulle.

15. Que représente le signe d’une enthalpie de réaction standard positive ?

Une réaction endothermique
Une réaction sans état standard
Une réaction exothermique
Une réaction athermique

Une réaction endothermique

Explication

Une valeur positive de ΔrH° correspond à une réaction endothermique, donc consommatrice de chaleur. Une valeur négative correspond au contraire à une réaction exothermique.

16. À quoi correspond l’état standard d’un constituant chimique ?

À l’état où il est forcément gazeux sous 1 atm
À l’état où il est pris isolément sous 1 bar à la température T
À l’état où sa concentration vaut 1 mol·L−1
À l’état où son enthalpie de formation est nulle

À l’état où il est pris isolément sous 1 bar à la température T

Explication

L’état standard est la référence thermodynamique définie sous 1 bar à la température T, dans l’état physique choisi pour les tables. L’enthalpie de formation n’est nulle que pour les corps purs simples de référence.

17. Quelle propriété caractérise la loi de Hess pour une réaction chimique ?

L’enthalpie dépend de la vitesse de réaction
L’enthalpie ne dépend que des états initial et final
L’enthalpie change avec le chemin suivi
L’enthalpie est nulle pour toute réaction

L’enthalpie ne dépend que des états initial et final

Explication

La loi de Hess affirme que l’enthalpie de réaction dépend uniquement de l’état initial et de l’état final, pas du chemin thermochimique emprunté. C’est précisément ce qui permet d’additionner des étapes intermédiaires.

18. Comment calcule-t-on l’enthalpie standard de réaction à partir des enthalpies standard de formation ?

ΔrHm° = ΔfH° du réactif limitant
ΔrHm° = Σ(νi/ΔfHi°)
ΔrHm° = Σ(ΔfHi°/νi)
ΔrHm° = Σ(νi·ΔfHi°)

ΔrHm° = Σ(νi·ΔfHi°)

Explication

On additionne les enthalpies standard de formation en utilisant les coefficients stœchiométriques algébriques : positifs pour les produits et négatifs pour les réactifs. Les corps purs simples ont une enthalpie standard de formation égale à 0.

19. Lors de la formation d’une liaison A-B(g) à partir des atomes gazeux A(g) et B(g), quelle est la nature de l’enthalpie de réaction ?

Elle est positive
Elle est nulle
Elle est négative
Elle dépend uniquement de la pression

Elle est négative

Explication

La formation d’une liaison libère de l’énergie : l’enthalpie de réaction associée est négative, ce qui correspond à El < 0. À l’inverse, la dissociation de la liaison est endothermique.

20. Quelle approximation utilise-t-on pour estimer une enthalpie de réaction à partir des énergies de liaison ?

On ne tient compte que des liaisons les plus fortes
On additionne seulement les liaisons des produits
On casse les liaisons des réactifs puis on forme celles des produits
On remplace toutes les liaisons par une énergie unique exacte

On casse les liaisons des réactifs puis on forme celles des produits

Explication

L’estimation repose sur la destruction des liaisons des réactifs et la formation de celles des produits, puis sur la somme des contributions correspondantes. Cette méthode reste approximative, surtout si la molécule possède plusieurs environnements électroniques différents.

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Mémorisez les réponses avec 20 flashcards sur Principes fondamentaux de la thermodynamique chimique.

Thermodynamique — étude ?

Transformations énergétiques macroscopiques.

Premier principe — affirmation ?

Énergie se conserve lors des transformations.

Deuxième principe — indique ?

Augmentation du désordre de l’Univers.

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