QCM : Relations de base des systèmes — 18 questions

Question 1

1. Dans une phase liquide contenant plusieurs constituants, comment définit-on la fraction molaire du constituant $i$ ?

Par le rapport entre

n_i

et la quantité de matière totale

Par le rapport entre le volume de

i

et le volume total

Par le rapport entre

n_i

et la quantité de matière d’un autre constituant

Par le rapport entre la masse de

i

et la masse totale

Explication

La fraction molaire compare la quantité de matière du constituant $i$ à la quantité de matière totale, selon $x_{m,i}=n_i/n_{total}$ . Le rapport entre deux constituants correspond au rapport molaire, tandis que les autres réponses utilisent des grandeurs différentes.

Answer

Par le rapport entre $$n_i$$ et la quantité de matière totale

Question 2

2. Dans une phase gazeuse composée de trois constituants, quelle relation doivent vérifier leurs fractions molaires ?

y_{m,1}+y_{m,2}+y_{m,3}=0

y_{m,1}y_{m,2}y_{m,3}=1

y_{m,1}-y_{m,2}-y_{m,3}=1

y_{m,1}+y_{m,2}+y_{m,3}=1

Explication

La somme des fractions molaires en phase gaz est égale à l’unité, soit $\sum_i y_{m,i}=1$ . Une somme nulle, un produit égal à un ou une relation soustractive ne représentent pas la contrainte de composition.

Answer

$$y_{m,1}+y_{m,2}+y_{m,3}=1$$

Question 3

3. Dans un système binaire, un constituant possède une fraction molaire $x_m=0{,}20$ ; quelle est approximativement sa fraction molaire lorsque le constituant est très dilué ?

Le rapport molaire est proche de

0{,}80

Le rapport molaire est proche de

5{,}00

Le rapport molaire est proche de

1{,}20

Le rapport molaire est proche de

0{,}20

Explication

Pour un composé très dilué, le rapport molaire $X_m=x_m/(1-x_m)$ peut être approximé par $x_m$ . La valeur exacte pour $x_m=0{,}20$ est $0{,}25$ , tandis que les autres valeurs ne correspondent pas à cette approximation.

Answer

Le rapport molaire est proche de $$0{,}20$$

Question 4

4. Deux constituants ont des fractions massiques $x_{w,1}=0{,}35$ et $x_{w,2}=0{,}65$ dans une phase liquide ; que vaut leur somme ?

Elle vaut

1

Elle vaut

2

Elle vaut

0{,}65

Elle vaut

0{,}35

Explication

Les fractions massiques de tous les constituants d’une phase ont une somme égale à $1$ , donc $0{,}35+0{,}65=1$ . Les autres valeurs correspondent à une fraction individuelle ou à une addition incorrecte.

Answer

Elle vaut $$1$$

Question 5

5. À température constante, comment évolue le volume molaire d’un gaz parfait lorsque la pression augmente ?

Il devient égal à

P/(RT)

Il reste constant quelle que soit la pression

Il diminue selon

V_m=RT/P

Il augmente selon

V_m=RT/P

Explication

Pour un gaz parfait, $V_m=RT/P$ ; à température constante, le volume molaire varie donc en sens inverse de la pression. L’expression $P/(RT)$ décrit l’inverse du volume molaire et les autres réponses ignorent cette dépendance.

Answer

Il diminue selon $$V_m=RT/P$$

Question 6

6. Quelle valeur du volume molaire d’un gaz correspond approximativement à une température de 25 °C et à une pression de 1 bar ?

22{,}4\ \mathrm{L\,mol^{-1}}

55{,}0\ \mathrm{L\,mol^{-1}}

18{,}0\ \mathrm{L\,mol^{-1}}

24{,}0\ \mathrm{L\,mol^{-1}}

Explication

À 25 °C et 1 bar, le volume molaire gazeux vaut environ $24{,}0\ \mathrm{L\,mol^{-1}}$ . La valeur $22{,}4\ \mathrm{L\,mol^{-1}}$ correspond à environ 0 °C dans les conditions de référence indiquées.

Answer

$$24{,}0\ \mathrm{L\,mol^{-1}}$$

Question 7

7. Un constituant gazeux exerce une pression partielle $P_i=20\ \mathrm{kPa}$ dans un mélange à pression totale $P=100\ \mathrm{kPa}$ ; quelle est sa fraction molaire ?

y_i=5{,}0

y_i=0{,}05

y_i=0{,}20

y_i=80

Explication

La fraction molaire gazeuse vérifie $y_i=P_i/P$ , donc $y_i=20/100=0{,}20$ . La valeur $0{,}05$ inverse les pressions, tandis que les autres résultats ne respectent pas cette relation.

Answer

$$y_i=0{,}20$$

Question 8

8. Quelle concentration molaire approximative représente l’eau dans une phase aqueuse ?

Environ

0{,}055\ \mathrm{mol\,L^{-1}}

Environ

1\ \mathrm{mol\,L^{-1}}

Environ

55\ \mathrm{mol\,L^{-1}}

Environ

18\ \mathrm{mol\,L^{-1}}

Explication

La concentration de l’eau est donnée par $c_{H_2O}=\rho_{H_2O}/M_{H_2O}\approx55\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$ . Les autres valeurs peuvent évoquer une concentration diluée ou une grandeur liée à la masse molaire, mais ne correspondent pas à la concentration de l’eau liquide.

Answer

Environ $$55\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$$

Question 9

9. Pour un mélange binaire, comment convertir la fraction molaire du constituant $i$ en sa fraction massique lorsque les masses molaires des deux constituants diffèrent ?

En multipliant

x_{m,i}

par le rapport

M_i/M_j

En divisant

x_{m,i}

par la masse molaire totale du mélange

En posant directement

x_{w,i}=x_{m,i}

En utilisant

x_{w,i}=x_{m,i}/[x_{m,i}+(M_j/M_i)(1-x_{m,i})]

Explication

La conversion correcte tient compte du rapport des masses molaires et suit la relation donnée pour un mélange binaire. Assimiler directement les deux fractions néglige l’effet des masses molaires et n’est valable qu’approximativement lorsqu’elles sont proches.

Answer

En utilisant $$x_{w,i}=x_{m,i}/[x_{m,i}+(M_j/M_i)(1-x_{m,i})]$$

Question 10

10. Quelle relation permet de relier la masse volumique $\rho$ , la masse molaire $M$ et le volume molaire $V_m$ d’une substance ?

\rho=M\times V_m

\rho=1/(M+V_m)

\rho=M/V_m

\rho=V_m/M

Explication

La masse volumique est égale à la masse molaire divisée par le volume molaire, soit $\rho=M/V_m$ . La relation inverse correspondrait à une grandeur différente et ne représente pas une masse par unité de volume.

Answer

$$\rho=M/V_m$$

Question 11

11. Quelle suite d’opérations convient pour dimensionner une production d’oxygène à partir d’un débit de bouteilles remplies sous pression ?

Déterminer la masse d’air sec, puis appliquer la fraction molaire d’oxygène au volume comprimé initial

Calculer la masse d’eau, puis convertir directement le volume comprimé en masse d’oxygène pur

Convertir le volume comprimé en volume SATP, puis en volume d’air sec, avant de calculer les masses d’air et d’eau

Convertir le volume SATP en volume comprimé, puis déterminer le débit d’air humide sans calcul de masse

Explication

Le dimensionnement suit successivement les conversions de volume comprimé vers SATP, de l’oxygène vers l’air sec, puis les calculs de masse d’air et d’eau à piéger. Les autres démarches inversent une étape ou omettent une conversion nécessaire.

Answer

Convertir le volume comprimé en volume SATP, puis en volume d’air sec, avant de calculer les masses d’air et d’eau

Question 12

12. Pour produire 5000 bouteilles de 50 L d’oxygène par heure à 200 bar, quels sont les débits volumiques d’oxygène comprimé et de son équivalent en conditions SATP ?

500 m³·h⁻¹ comprimés et 50 000 m³·h⁻¹ en SATP

250 m³·h⁻¹ comprimés et 2500 m³·h⁻¹ en SATP

250 m³·h⁻¹ comprimés et 50 000 m³·h⁻¹ en SATP

50 000 m³·h⁻¹ comprimés et 250 m³·h⁻¹ en SATP

Explication

Le volume total des bouteilles donne 250 m³·h⁻¹ d’oxygène comprimé, et la détente aux conditions SATP correspond à 50 000 m³·h⁻¹. Intervertir ces valeurs confond le volume sous pression avec son équivalent après détente.

Answer

250 m³·h⁻¹ comprimés et 50 000 m³·h⁻¹ en SATP

Question 13

13. Quel débit de volume d’air sec faut-il traiter en conditions SATP pour fournir 50 000 m³·h⁻¹ d’oxygène avec une fraction molaire d’oxygène de 0,21 ?

Environ

1,19\times10^5

m³·h⁻¹

Environ

1,05\times10^4

m³·h⁻¹

Environ

2,38\times10^5

m³·h⁻¹

Environ

5,00\times10^4

m³·h⁻¹

Explication

Le volume d’air sec s’obtient en divisant le débit d’oxygène par sa fraction molaire, soit $50\,000/0,21\approx2,38\times10^5$ m³·h⁻¹. Utiliser directement le débit d’oxygène ou une autre fraction ne donne pas le débit total d’air requis.

Answer

Environ $$2,38\times10^5$$ m³·h⁻¹

Question 14

14. Quelle masse d’air sec par heure correspond à un débit de $2,38\times10^5$ m³·h⁻¹ d’air sec dans les conditions considérées ?

Environ

5,72\times10^5

kg·h⁻¹, soit 572 tonnes par heure

Environ

2,86\times10^5

kg·h⁻¹, soit 286 tonnes par heure

Environ

8,33\times10^4

kg·h⁻¹, soit 83,3 tonnes par heure

Environ

2,38\times10^5

kg·h⁻¹, soit 238 tonnes par heure

Explication

La conversion du débit volumique d’air sec en débit massique conduit à environ $2,86\times10^5$ kg·h⁻¹, c’est-à-dire 286 tonnes par heure. Le débit volumique ne peut pas être repris comme une masse sans appliquer la masse volumique correspondante.

Answer

Environ $$2,86\times10^5$$ kg·h⁻¹, soit 286 tonnes par heure

Question 15

15. Quelle caractéristique définit un système fermé dans un procédé chimique ?

Il n’échange pas de matière avec l’extérieur pendant l’évolution de son contenu

Il maintient une température constante tout au long de l’opération

Il fonctionne avec des débits entrants et sortants presque égaux

Il reçoit et évacue de la matière en continu pendant sa transformation

Explication

Un système fermé ne reçoit ni ne rejette de matière pendant l’opération, tandis que sa matière interne peut évoluer avant le déchargement final. La présence de flux entrants et sortants caractérise plutôt un système ouvert.

Answer

Il n’échange pas de matière avec l’extérieur pendant l’évolution de son contenu

Question 16

16. Quel fonctionnement correspond à un système ouvert de l’industrie chimique ?

La matière entre, est transformée ou séparée, puis sort du système

Le système est isolé thermiquement et conserve une température uniforme

Une quantité de matière évolue sans apport ni soutirage avant le déchargement

Le procédé est arrêté dès qu’une transformation chimique commence

Explication

Un système ouvert possède des flux de matière entrants et sortants, avec transformation ou séparation entre les deux. Une matière évoluant sans échange avant un déchargement relève de la définition d’un système fermé.

Answer

La matière entre, est transformée ou séparée, puis sort du système

Question 17

17. Comment reconnaître un régime transitoire dans un procédé ?

Les variables du procédé, comme la concentration ou la température, changent avec le temps

La composition de l’alimentation demeure constante malgré une perturbation

Les concentrations, les débits et la température restent stables pendant l’opération

Les flux entrants et sortants sont absents pendant toute la transformation

Explication

Le régime transitoire correspond à la période précédant la stabilité, durant laquelle des variables telles que la concentration, le débit ou la température évoluent. La constance de ces variables caractérise plutôt le régime permanent.

Answer

Les variables du procédé, comme la concentration ou la température, changent avec le temps

Question 18

18. À quel moment un procédé atteint-il le régime permanent ou stationnaire ?

Lorsque le système est chargé en matière avant le début de la transformation

Lorsque les flux entrants sont interrompus et que le procédé se vide

Lorsque les variations de concentration et de température deviennent plus rapides

Lorsque la concentration, les débits et la température ne varient plus avec le temps

Explication

Le régime permanent commence lorsque la stabilité est atteinte et que les principales variables opératoires restent constantes dans le temps. L’interruption des flux ou l’accélération des variations correspond à d’autres situations, pas à la stabilité stationnaire.

Answer

Lorsque la concentration, les débits et la température ne varient plus avec le temps

QCM : Relations de base des systèmes — 18 questions

Questions et réponses du QCM

1. Dans une phase liquide contenant plusieurs constituants, comment définit-on la fraction molaire du constituant $i$ ?

2. Dans une phase gazeuse composée de trois constituants, quelle relation doivent vérifier leurs fractions molaires ?

3. Dans un système binaire, un constituant possède une fraction molaire $x_m=0{,}20$ ; quelle est approximativement sa fraction molaire lorsque le constituant est très dilué ?

4. Deux constituants ont des fractions massiques $x_{w,1}=0{,}35$ et $x_{w,2}=0{,}65$ dans une phase liquide ; que vaut leur somme ?

5. À température constante, comment évolue le volume molaire d’un gaz parfait lorsque la pression augmente ?

6. Quelle valeur du volume molaire d’un gaz correspond approximativement à une température de 25 °C et à une pression de 1 bar ?

7. Un constituant gazeux exerce une pression partielle $P_i=20\ \mathrm{kPa}$ dans un mélange à pression totale $P=100\ \mathrm{kPa}$ ; quelle est sa fraction molaire ?

8. Quelle concentration molaire approximative représente l’eau dans une phase aqueuse ?

9. Pour un mélange binaire, comment convertir la fraction molaire du constituant $i$ en sa fraction massique lorsque les masses molaires des deux constituants diffèrent ?

10. Quelle relation permet de relier la masse volumique $\rho$ , la masse molaire $M$ et le volume molaire $V_m$ d’une substance ?

11. Quelle suite d’opérations convient pour dimensionner une production d’oxygène à partir d’un débit de bouteilles remplies sous pression ?

12. Pour produire 5000 bouteilles de 50 L d’oxygène par heure à 200 bar, quels sont les débits volumiques d’oxygène comprimé et de son équivalent en conditions SATP ?

13. Quel débit de volume d’air sec faut-il traiter en conditions SATP pour fournir 50 000 m³·h⁻¹ d’oxygène avec une fraction molaire d’oxygène de 0,21 ?

14. Quelle masse d’air sec par heure correspond à un débit de $2,38\times10^5$ m³·h⁻¹ d’air sec dans les conditions considérées ?

15. Quelle caractéristique définit un système fermé dans un procédé chimique ?

16. Quel fonctionnement correspond à un système ouvert de l’industrie chimique ?

17. Comment reconnaître un régime transitoire dans un procédé ?

18. À quel moment un procédé atteint-il le régime permanent ou stationnaire ?

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QCM : Relations de base des systèmes — 18 questions

Questions et réponses du QCM

1. Dans une phase liquide contenant plusieurs constituants, comment définit-on la fraction molaire du constituant iii ?

2. Dans une phase gazeuse composée de trois constituants, quelle relation doivent vérifier leurs fractions molaires ?

3. Dans un système binaire, un constituant possède une fraction molaire xm=0,20x_m=0{,}20xm​=0,20 ; quelle est approximativement sa fraction molaire lorsque le constituant est très dilué ?

4. Deux constituants ont des fractions massiques xw,1=0,35x_{w,1}=0{,}35xw,1​=0,35 et xw,2=0,65x_{w,2}=0{,}65xw,2​=0,65 dans une phase liquide ; que vaut leur somme ?

5. À température constante, comment évolue le volume molaire d’un gaz parfait lorsque la pression augmente ?

6. Quelle valeur du volume molaire d’un gaz correspond approximativement à une température de 25 °C et à une pression de 1 bar ?

7. Un constituant gazeux exerce une pression partielle Pi=20 kPaP_i=20\ \mathrm{kPa}Pi​=20 kPa dans un mélange à pression totale P=100 kPaP=100\ \mathrm{kPa}P=100 kPa ; quelle est sa fraction molaire ?

8. Quelle concentration molaire approximative représente l’eau dans une phase aqueuse ?

9. Pour un mélange binaire, comment convertir la fraction molaire du constituant iii en sa fraction massique lorsque les masses molaires des deux constituants diffèrent ?

10. Quelle relation permet de relier la masse volumique ρ\rhoρ, la masse molaire MMM et le volume molaire VmV_mVm​ d’une substance ?

11. Quelle suite d’opérations convient pour dimensionner une production d’oxygène à partir d’un débit de bouteilles remplies sous pression ?

12. Pour produire 5000 bouteilles de 50 L d’oxygène par heure à 200 bar, quels sont les débits volumiques d’oxygène comprimé et de son équivalent en conditions SATP ?

13. Quel débit de volume d’air sec faut-il traiter en conditions SATP pour fournir 50 000 m³·h⁻¹ d’oxygène avec une fraction molaire d’oxygène de 0,21 ?

14. Quelle masse d’air sec par heure correspond à un débit de 2,38×1052,38\times10^52,38×105 m³·h⁻¹ d’air sec dans les conditions considérées ?

15. Quelle caractéristique définit un système fermé dans un procédé chimique ?

16. Quel fonctionnement correspond à un système ouvert de l’industrie chimique ?

17. Comment reconnaître un régime transitoire dans un procédé ?

18. À quel moment un procédé atteint-il le régime permanent ou stationnaire ?

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1. Dans une phase liquide contenant plusieurs constituants, comment définit-on la fraction molaire du constituant $i$ ?

3. Dans un système binaire, un constituant possède une fraction molaire $x_m=0{,}20$ ; quelle est approximativement sa fraction molaire lorsque le constituant est très dilué ?

4. Deux constituants ont des fractions massiques $x_{w,1}=0{,}35$ et $x_{w,2}=0{,}65$ dans une phase liquide ; que vaut leur somme ?

7. Un constituant gazeux exerce une pression partielle $P_i=20\ \mathrm{kPa}$ dans un mélange à pression totale $P=100\ \mathrm{kPa}$ ; quelle est sa fraction molaire ?

9. Pour un mélange binaire, comment convertir la fraction molaire du constituant $i$ en sa fraction massique lorsque les masses molaires des deux constituants diffèrent ?

10. Quelle relation permet de relier la masse volumique $\rho$ , la masse molaire $M$ et le volume molaire $V_m$ d’une substance ?

14. Quelle masse d’air sec par heure correspond à un débit de $2,38\times10^5$ m³·h⁻¹ d’air sec dans les conditions considérées ?