QCM : Sens d’évolution d'un système (20 questions)

Explication

Une transformation est totale lorsque le réactif limitant est entièrement consommé au cours de la réaction. Une transformation non totale se distingue par la présence persistante de tous les réactifs à l’état final.

Explication

La flèche simple et la relation $x_f=x_{max}$ caractérisent une transformation totale, dont l’état final contient le réactif en excès et les produits. La flèche double et la persistance de tous les réactifs correspondent à une transformation non totale.

Explication

Une transformation non totale met en jeu une réaction directe, qui forme les produits, et une réaction indirecte, qui reforme les réactifs. L’existence de cette réaction en retour empêche la consommation complète des réactifs.

Explication

Le taux d’avancement final est le rapport entre l’avancement final et l’avancement maximal, soit $\tau=\frac{x_f}{x_{max}}$. Il est sans unité, contrairement aux deux avancements qui s’expriment en moles.

Explication

Comme $0<\tau<1$, la transformation est non totale. Une transformation totale aurait un taux d’avancement final égal à $1$.

Explication

Le quotient de réaction caractérise la composition d’un système chimique dans un état donné et ne possède pas d’unité. Sa valeur à l’équilibre est la constante $K$, qui dépend de la température.

Explication

Les coefficients stœchiométriques deviennent les exposants des concentrations dans $Q_r=\frac{([C]/c^\circ)^c([D]/c^\circ)^d}{([A]/c^\circ)^a([B]/c^\circ)^b}$. Ils ne sont donc pas ajoutés comme facteurs aux concentrations.

Explication

Un solvant, un gaz non dissous ou un solide est remplacé par $1$ dans $Q_r$, car sa concentration n’est pas définie dans cette expression. Il n’est donc ni introduit avec une concentration mesurée ni supprimé en lui attribuant la valeur zéro.

Explication

La constante d’équilibre est définie par $K=Q_{r,eq}$, c’est-à-dire la valeur du quotient lorsque l’équilibre est atteint. À température donnée, elle ne dépend pas des concentrations initiales, contrairement à la valeur initiale de $Q_r$.

Explication

Une évolution spontanée se déroule sans intervention extérieure et conduit progressivement, hors équilibre, vers un état d’équilibre. Une transformation imposée par une action extérieure relève au contraire d’une évolution forcée.

Explication

Lorsque $Q_{r,i}<K$, le système évolue spontanément dans le sens direct afin de rapprocher le quotient réactionnel de la constante d’équilibre. Le sens inverse correspond au cas où $Q_{r,i}>K$.

Explication

L’égalité $Q_r=K$ caractérise l’état d’équilibre chimique, dans lequel aucune évolution macroscopique nette ne se produit. Les inégalités entre $Q_r$ et $K$ déterminent au contraire le sens d’évolution spontanée.

Explication

Une réaction d’oxydo-réduction implique l’échange d’un ou plusieurs électrons entre un oxydant et un réducteur appartenant à deux couples différents. Une transformation acido-basique concerne un transfert de protons, pas d’électrons.

Explication

Le transfert est indirect lorsque l’oxydant et le réducteur sont séparés et que les électrons circulent par un circuit extérieur. S’ils sont en contact direct, le transfert électronique est qualifié de direct.

Explication

Une pile comporte deux demi-piles distinctes, chacune contenant un couple oxydant-réducteur, et ces compartiments sont reliés par un pont salin ou une paroi poreuse. Cette séparation permet au transfert d’électrons de s’effectuer par le circuit extérieur.

Explication

Dans une pile, l’oxydation se produit à l’anode, qui constitue la borne négative, tandis que la réduction se produit à la cathode, qui constitue la borne positive. Les signes des bornes et la nature des transformations permettent de distinguer les deux électrodes.

Explication

La pile transforme son énergie chimique en énergie électrique, et les électrons se déplacent extérieurement de la borne négative vers la borne positive. Le courant conventionnel est défini dans le sens opposé au déplacement des électrons.

Explication

Le pont salin permet la fermeture du circuit électrique et maintient la neutralité électrique des deux solutions. Les électrons proviennent de l’oxydation et circulent par le circuit extérieur, non par le pont salin.

Explication

À l’équilibre, $Q_r=K$, la réaction chimique nette s’arrête ; l’intensité du courant et la tension à vide deviennent alors nulles, ce qui signifie que la pile est usée. Le pont salin ne peut pas relancer une réaction dont l’état d’équilibre est atteint.

Explication

La charge maximale correspond au nombre total d’électrons transférables multiplié par la charge élémentaire, soit $Q_{max}=n(e^-)\times N_A\times e=n(e^-)\times F$. Elle s’exprime en coulombs, car elle représente une charge électrique.