QCM : Thermodynamique chimique et entropie — 17 questions

Question 1

1. Dans un système isolé, que caractérise l’enthalpie au cours d’une réaction ?

La quantité de matière présente à l’équilibre

La vitesse de transformation des réactifs

L’énergie absorbée ou dégagée par la réaction

Le degré de désordre créé dans le système

Explication

L’enthalpie décrit l’énergie absorbée ou dégagée au cours d’une réaction. Le degré de désordre relève plutôt de l’entropie, qui constitue une notion thermodynamique distincte.

Answer

L’énergie absorbée ou dégagée par la réaction

Question 2

2. Une réaction possède une variation d’enthalpie $\Delta H_{rxn}<0$ . Comment faut-il la caractériser ?

Elle est spontanée et augmente le désordre

Elle est réversible et conserve son énergie

Elle est exothermique et dégage de l’énergie

Elle est endothermique et absorbe de l’énergie

Explication

Une variation d’enthalpie négative signifie que la réaction libère de l’énergie vers le milieu extérieur, ce qui la rend exothermique. Une réaction endothermique correspond au contraire à une variation d’enthalpie positive.

Answer

Elle est exothermique et dégage de l’énergie

Question 3

3. Lorsqu’une réaction absorbe de l’énergie, quel signe possède sa variation d’enthalpie ?

Elle est négative, avec

\Delta H_{rxn}<0

Elle alterne entre deux signes selon la température

Elle est positive, avec

\Delta H_{rxn}>0

Elle est nulle, avec

\Delta H_{rxn}=0

Explication

L’absorption d’énergie correspond à une réaction endothermique, caractérisée par $\Delta H_{rxn}>0$ . Une valeur négative indique plutôt un dégagement d’énergie et une réaction exothermique.

Answer

Elle est positive, avec $$\Delta H_{rxn}>0$$

Question 4

4. Que signifie l’indépendance du chemin réactionnel dans la loi de Hess ?

La variation d’enthalpie dépend de la quantité de catalyseur utilisée

La variation d’enthalpie dépend de la pression appliquée à chaque étape

La variation d’enthalpie dépend de l’état initial et de l’état final

La variation d’enthalpie dépend de la vitesse de chaque étape

Explication

La loi de Hess établit que la variation d’enthalpie est fixée par les états initial et final, quel que soit le chemin suivi. La vitesse, la pression de chaque étape ou le catalyseur ne définissent pas cette indépendance énergétique.

Answer

La variation d’enthalpie dépend de l’état initial et de l’état final

Question 5

5. Deux chemins équivalents décrivent la même transformation avec des variations $\Delta H_1$ , $\Delta H_2$ et $\Delta H'_1$ , $\Delta H'_2$ . Quelle relation doit être vérifiée ?

\Delta H_1+\Delta H_2=\Delta H'_1+\Delta H'_2

\Delta H_1\times\Delta H_2=\Delta H'_1\times\Delta H'_2

\Delta H_1+\Delta H'_1=\Delta H_2+\Delta H'_2

\Delta H_1-\Delta H_2=\Delta H'_1+\Delta H'_2

Explication

Pour des chemins réactionnels équivalents, la somme des variations d’enthalpie de chaque chemin est identique. Les différences, produits ou regroupements croisés ne traduisent pas la relation imposée par la loi de Hess.

Answer

$$\Delta H_1+\Delta H_2=\Delta H'_1+\Delta H'_2$$

Question 6

6. Quelle grandeur mesure le désordre ou l’hétérogénéité d’un système et se note $S$ ?

L’enthalpie, exprimée en J/K

L’entropie, exprimée en J/K

La pression, exprimée en J/mol

La chaleur, exprimée en mol/K

Explication

L’entropie, notée $S$ , quantifie le désordre ou l’hétérogénéité d’un système et s’exprime en J/K. L’enthalpie concerne plutôt l’énergie absorbée ou dégagée par une réaction.

Answer

L’entropie, exprimée en J/K

Question 7

7. Selon la deuxième loi de la thermodynamique, vers quel type d’état un système évolue-t-il naturellement ?

Vers un état où la matière devient nécessairement solide

Vers un état plus énergétique et plus hétérogène

Vers un état où la température reste identique

Vers un état plus désordonné ou plus homogène

Explication

La deuxième loi indique qu’une évolution naturelle conduit vers un état présentant davantage de désordre ou d’homogénéité. Elle ne prescrit pas une phase particulière ni une température constante.

Answer

Vers un état plus désordonné ou plus homogène

Question 8

8. Que traduit une variation d’entropie de réaction telle que $\Delta S_{rxn}>0$ ?

Un dégagement d’énergie par la réaction

Une augmentation du désordre du système

Une diminution du désordre du système

Une absence de transformation du système

Explication

Une valeur positive de $\Delta S_{rxn}$ indique que le désordre du système augmente. Le dégagement d’énergie concerne plutôt le signe de $\Delta H_{rxn}$ , et non celui de la variation d’entropie.

Answer

Une augmentation du désordre du système

Question 9

9. Quel changement d’état de l’eau s’accompagne d’une très forte augmentation de l’entropie ?

La fusion, de H₂O(s) vers H₂O(l)

La solidification, de H₂O(l) vers H₂O(s)

La condensation, de H₂O(g) vers H₂O(l)

La vaporisation, de H₂O(l) vers H₂O(g)

Explication

La vaporisation accroît fortement le nombre de configurations accessibles lorsque l’eau passe du liquide au gaz, d’où une grande variation positive d’entropie. La condensation correspond au changement inverse et s’accompagne d’une diminution de l’entropie.

Answer

La vaporisation, de H₂O(l) vers H₂O(g)

Question 10

10. Lors de la fusion de la glace en eau liquide, comment évolue l’entropie du système ?

Elle reste constante, car la composition chimique ne change pas

Elle diminue, car les molécules se rapprochent davantage

Elle devient nulle, car la phase liquide est plus stable

Elle augmente, car les molécules deviennent plus désordonnées

Explication

La fusion fait passer l’eau d’une structure solide ordonnée à une phase liquide offrant davantage de configurations, ce qui rend la variation d’entropie positive. La solidification produit le changement inverse et diminue l’entropie.

Answer

Elle augmente, car les molécules deviennent plus désordonnées

Question 11

11. Que stipule la troisième loi de la thermodynamique pour un cristal parfait à 0 K ?

Son entropie est maximale

Son enthalpie de formation est nulle

Son entropie est nulle

Son nombre de configurations est maximal

Explication

La troisième loi fixe à zéro l’entropie d’un cristal parfait à la température de 0 K. Cette affirmation concerne l’entropie absolue et ne signifie pas que l’enthalpie de formation est également nulle.

Answer

Son entropie est nulle

Question 12

12. Quelle relation relie l’entropie absolue d’un système au nombre Ω de configurations accessibles ?

S=\ln\left(\frac{k_B}{\Omega}\right)

S=k_B\ln\Omega

S=\frac{\Omega}{k_B}

S=k_B\Omega^2

Explication

La relation de Boltzmann exprime l’entropie absolue par $S=k_B\ln\Omega$ , où Ω représente le nombre de configurations accessibles. Une division, une puissance ou l’inversion de l’argument logarithmique ne correspondent pas à cette relation.

Answer

$$S=k_B\ln\Omega$$

Question 13

13. Pourquoi l’entropie d’un système atomique est-elle positive lorsque sa température est supérieure à 0 K ?

Les vibrations atomiques suppriment les configurations accessibles

Les vibrations atomiques rendent plusieurs configurations accessibles

La température positive impose une configuration parfaitement ordonnée

La température positive rend l’entropie indépendante de la structure

Explication

À une température supérieure à 0 K, les vibrations atomiques permettent plusieurs configurations accessibles, donc $\Omega>1$ et $S>0$ . À 0 K, un cristal parfait ne possède qu’une configuration accessible, ce qui conduit à une entropie nulle.

Answer

Les vibrations atomiques rendent plusieurs configurations accessibles

Question 14

14. Quelle distinction décrit correctement les bilans enthalpique et entropique d’une réaction ?

Le bilan enthalpique concerne l’ordre, tandis que le bilan entropique concerne la conservation de la masse

Le bilan enthalpique concerne la pression, tandis que le bilan entropique concerne la composition finale

Le bilan enthalpique concerne l’énergie, tandis que le bilan entropique concerne l’ordre et le désordre

Le bilan enthalpique concerne la température, tandis que le bilan entropique concerne la vitesse de réaction

Explication

Le bilan enthalpique indique si une réaction dégage ou absorbe de l’énergie, alors que le bilan entropique décrit l’évolution de l’ordre et du désordre. La vitesse, la pression ou la composition finale ne définissent pas cette distinction thermodynamique.

Answer

Le bilan enthalpique concerne l’énergie, tandis que le bilan entropique concerne l’ordre et le désordre

Question 15

15. Quelle expression permet de calculer la variation d’enthalpie standard d’une réaction à partir des enthalpies standard de formation ?

\Delta H^\circ_{rxn}=\sum\nu_i\Delta H_f^\circ(\mathrm{produits})-\sum\nu_j\Delta H_f^\circ(\mathrm{réactifs})

\Delta H^\circ_{rxn}=\sum\nu_j\Delta H_f^\circ(\mathrm{réactifs})-\sum\nu_i\Delta H_f^\circ(\mathrm{produits})

\Delta H^\circ_{rxn}=\sum\nu_i\Delta H_f^\circ(\mathrm{produits})+\sum\nu_j\Delta H_f^\circ(\mathrm{réactifs})

\Delta H^\circ_{rxn}=\frac{\sum\nu_i\Delta H_f^\circ(\mathrm{produits})}{\sum\nu_j\Delta H_f^\circ(\mathrm{réactifs})}

Explication

La variation d’enthalpie standard s’obtient en soustrayant la somme pondérée des enthalpies de formation des réactifs à celle des produits. Inverser cette soustraction changerait le signe de la variation, tandis qu’une addition ou un quotient ne respecte pas le bilan thermochimique.

Answer

$$\Delta H^\circ_{rxn}=\sum\nu_i\Delta H_f^\circ(\mathrm{produits})-\sum\nu_j\Delta H_f^\circ(\mathrm{réactifs})$$

Question 16

16. Que signifie une variation d’enthalpie standard de $\Delta H^\circ_{rxn}=-20,31\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}$ pour la réaction $\mathrm{CO_2(g)+H_2O(l)\rightarrow H_2CO_3(aq)}$ ?

La réaction libère de l’énergie et elle est exothermique

La réaction accélère sans modifier le bilan énergétique

La réaction absorbe de l’énergie et elle est endothermique

La réaction conserve l’énergie sans échange thermique

Explication

Une variation d’enthalpie négative indique que la réaction libère de l’énergie sous forme de chaleur, ce qui la caractérise comme exothermique. Une valeur positive aurait plutôt correspondu à une réaction endothermique absorbant de l’énergie.

Answer

La réaction libère de l’énergie et elle est exothermique

Question 17

17. Que traduit la valeur $\Delta S^\circ_{rxn}=-96,25\ \mathrm{J\,K^{-1}\,mol^{-1}}$ pour la réaction $\mathrm{CO_2(g)+H_2O(l)\rightarrow H_2CO_3(aq)}$ ?

Une augmentation du désordre favorable à la réaction

Une absence de changement dans l’organisation moléculaire

Une libération de chaleur favorable à la réaction

Une création d’ordre défavorable à la réaction

Explication

Une variation d’entropie négative traduit une diminution de l’entropie, donc une création d’ordre dans le système, ce qui est entropiquement défavorable. L’augmentation du désordre correspondrait à une variation d’entropie positive, et non négative.

Answer

Une création d’ordre défavorable à la réaction

QCM : Thermodynamique chimique et entropie — 17 questions

Questions et réponses du QCM

1. Dans un système isolé, que caractérise l’enthalpie au cours d’une réaction ?

2. Une réaction possède une variation d’enthalpie $\Delta H_{rxn}<0$ . Comment faut-il la caractériser ?

3. Lorsqu’une réaction absorbe de l’énergie, quel signe possède sa variation d’enthalpie ?

4. Que signifie l’indépendance du chemin réactionnel dans la loi de Hess ?

5. Deux chemins équivalents décrivent la même transformation avec des variations $\Delta H_1$ , $\Delta H_2$ et $\Delta H'_1$ , $\Delta H'_2$ . Quelle relation doit être vérifiée ?

6. Quelle grandeur mesure le désordre ou l’hétérogénéité d’un système et se note $S$ ?

7. Selon la deuxième loi de la thermodynamique, vers quel type d’état un système évolue-t-il naturellement ?

8. Que traduit une variation d’entropie de réaction telle que $\Delta S_{rxn}>0$ ?

9. Quel changement d’état de l’eau s’accompagne d’une très forte augmentation de l’entropie ?

10. Lors de la fusion de la glace en eau liquide, comment évolue l’entropie du système ?

11. Que stipule la troisième loi de la thermodynamique pour un cristal parfait à 0 K ?

12. Quelle relation relie l’entropie absolue d’un système au nombre Ω de configurations accessibles ?

13. Pourquoi l’entropie d’un système atomique est-elle positive lorsque sa température est supérieure à 0 K ?

14. Quelle distinction décrit correctement les bilans enthalpique et entropique d’une réaction ?

15. Quelle expression permet de calculer la variation d’enthalpie standard d’une réaction à partir des enthalpies standard de formation ?

16. Que signifie une variation d’enthalpie standard de $\Delta H^\circ_{rxn}=-20,31\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}$ pour la réaction $\mathrm{CO_2(g)+H_2O(l)\rightarrow H_2CO_3(aq)}$ ?

17. Que traduit la valeur $\Delta S^\circ_{rxn}=-96,25\ \mathrm{J\,K^{-1}\,mol^{-1}}$ pour la réaction $\mathrm{CO_2(g)+H_2O(l)\rightarrow H_2CO_3(aq)}$ ?

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QCM : Thermodynamique chimique et entropie — 17 questions

Questions et réponses du QCM

1. Dans un système isolé, que caractérise l’enthalpie au cours d’une réaction ?

2. Une réaction possède une variation d’enthalpie ΔHrxn<0\Delta H_{rxn}<0ΔHrxn​<0. Comment faut-il la caractériser ?

3. Lorsqu’une réaction absorbe de l’énergie, quel signe possède sa variation d’enthalpie ?

4. Que signifie l’indépendance du chemin réactionnel dans la loi de Hess ?

5. Deux chemins équivalents décrivent la même transformation avec des variations ΔH1\Delta H_1ΔH1​, ΔH2\Delta H_2ΔH2​ et ΔH1′\Delta H'_1ΔH1′​, ΔH2′\Delta H'_2ΔH2′​. Quelle relation doit être vérifiée ?

6. Quelle grandeur mesure le désordre ou l’hétérogénéité d’un système et se note SSS ?

7. Selon la deuxième loi de la thermodynamique, vers quel type d’état un système évolue-t-il naturellement ?

8. Que traduit une variation d’entropie de réaction telle que ΔSrxn>0\Delta S_{rxn}>0ΔSrxn​>0 ?

9. Quel changement d’état de l’eau s’accompagne d’une très forte augmentation de l’entropie ?

10. Lors de la fusion de la glace en eau liquide, comment évolue l’entropie du système ?

11. Que stipule la troisième loi de la thermodynamique pour un cristal parfait à 0 K ?

12. Quelle relation relie l’entropie absolue d’un système au nombre Ω de configurations accessibles ?

13. Pourquoi l’entropie d’un système atomique est-elle positive lorsque sa température est supérieure à 0 K ?

14. Quelle distinction décrit correctement les bilans enthalpique et entropique d’une réaction ?

15. Quelle expression permet de calculer la variation d’enthalpie standard d’une réaction à partir des enthalpies standard de formation ?

16. Que signifie une variation d’enthalpie standard de ΔHrxn∘=−20,31 kJ mol−1\Delta H^\circ_{rxn}=-20,31\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}ΔHrxn∘​=−20,31 kJmol−1 pour la réaction CO2(g)+H2O(l)→H2CO3(aq)\mathrm{CO_2(g)+H_2O(l)\rightarrow H_2CO_3(aq)}CO2​(g)+H2​O(l)→H2​CO3​(aq) ?

17. Que traduit la valeur ΔSrxn∘=−96,25 J K−1 mol−1\Delta S^\circ_{rxn}=-96,25\ \mathrm{J\,K^{-1}\,mol^{-1}}ΔSrxn∘​=−96,25 JK−1mol−1 pour la réaction CO2(g)+H2O(l)→H2CO3(aq)\mathrm{CO_2(g)+H_2O(l)\rightarrow H_2CO_3(aq)}CO2​(g)+H2​O(l)→H2​CO3​(aq) ?

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2. Une réaction possède une variation d’enthalpie $\Delta H_{rxn}<0$ . Comment faut-il la caractériser ?

5. Deux chemins équivalents décrivent la même transformation avec des variations $\Delta H_1$ , $\Delta H_2$ et $\Delta H'_1$ , $\Delta H'_2$ . Quelle relation doit être vérifiée ?

6. Quelle grandeur mesure le désordre ou l’hétérogénéité d’un système et se note $S$ ?

8. Que traduit une variation d’entropie de réaction telle que $\Delta S_{rxn}>0$ ?

16. Que signifie une variation d’enthalpie standard de $\Delta H^\circ_{rxn}=-20,31\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}$ pour la réaction $\mathrm{CO_2(g)+H_2O(l)\rightarrow H_2CO_3(aq)}$ ?

17. Que traduit la valeur $\Delta S^\circ_{rxn}=-96,25\ \mathrm{J\,K^{-1}\,mol^{-1}}$ pour la réaction $\mathrm{CO_2(g)+H_2O(l)\rightarrow H_2CO_3(aq)}$ ?