QCM : Thermodynamique des oxydes et corrosion (11 questions)

Question 1

1. À température fixée, l’activité d’une espèce passe de $a_i=1$ à $a_i=0{,}1$ . Quelle expression donne alors son potentiel chimique ?

\mu_i^\circ+RT\ln(0{,}1)

\mu_i^\circ+RT(0{,}1)

\mu_i^\circ-RT(0{,}1)

\mu_i^\circ+RT\ln(10)

Explication

Le potentiel chimique est donné par $\mu_i=\mu_i^\circ+RT\ln(a_i)$ ; pour une activité de $0{,}1$ , on remplace simplement $a_i$ par cette valeur. L’expression linéaire en activité omet le logarithme, tandis que $\ln(10)$ inverse l’activité.

Answer

$$\mu_i^\circ+RT\ln(0{,}1)$$

Question 2

2. À une température donnée, une réaction possède une constante d’équilibre $K>1$ . Quel signe doit avoir sa variation d’énergie libre standard ?

Elle est positive, car

\Delta_rG^\circ=RT\ln K

.

Elle est nulle, car toute constante d’équilibre rend l’énergie libre standard nulle.

Son signe dépend du sens dans lequel la réaction est écrite, pas de

K

.

Elle est négative, car

\Delta_rG^\circ=-RT\ln K

.

Explication

Comme $K>1$ , $\ln K>0$ , et la relation $\Delta_rG^\circ=-RT\ln K$ donne une valeur négative. Le signe positif résulte de l’omission du signe moins ; la valeur n’est pas nécessairement nulle.

Answer

Elle est négative, car $$\Delta_rG^\circ=-RT\ln K$$.

Question 3

3. Pour une réaction à la température $T$ , on connaît $\Delta_rH^\circ(T)$ et $\Delta_rS^\circ(T)$ . Quelle opération permet de calculer $\Delta_rG^\circ(T)$ ?

Calculer

\Delta_rH^\circ(T)-T\Delta_rS^\circ(T)

.

Calculer

\Delta_rH^\circ(T)-\Delta_rS^\circ(T)

.

Calculer

T\Delta_rH^\circ(T)-\Delta_rS^\circ(T)

.

Calculer

\Delta_rH^\circ(T)+T\Delta_rS^\circ(T)

.

Explication

La relation thermodynamique est $\Delta_rG^\circ(T)=\Delta_rH^\circ(T)-T\Delta_rS^\circ(T)$ . L’addition inverse le signe du terme entropique, et les deux autres expressions placent incorrectement la température.

Answer

Calculer $$\Delta_rH^\circ(T)-T\Delta_rS^\circ(T)$$.

Question 4

4. Sur un diagramme d’Ellingham, la courbe de $\Delta_rG^\circ$ en fonction de $T$ présente une cassure à une température précise. Quelle interprétation convient dans un domaine où l’approximation d’Ellingham s’applique de part et d’autre ?

Une variation continue de température a courbé la droite sans transition.

Un changement de phase a modifié la pente de la droite.

Une nouvelle réaction a remplacé le couple métal-oxyde représenté.

Une modification de l’ordonnée à l’origine a eu lieu sans changement de pente.

Explication

Sans changement de phase, le graphe est une droite dans chaque domaine de température ; une transition de phase modifie la pente. Une variation continue ne suffit pas à expliquer une cassure, et celle-ci n’implique pas à elle seule une nouvelle réaction.

Answer

Un changement de phase a modifié la pente de la droite.

Question 5

5. Que représente la pente d’une droite d’Ellingham dans l’approximation d’Ellingham ?

La variation du nombre de moles gazeuses de la réaction

L’opposé de l’entropie standard de réaction à 298 K

L’enthalpie standard de réaction à 298 K

L’énergie libre standard de réaction à température ambiante

Explication

Dans cette approximation, la pente est égale à l’opposé de l’entropie standard de réaction à 298 K. L’enthalpie standard intervient plutôt comme ordonnée à l’origine de la droite.

Answer

L’opposé de l’entropie standard de réaction à 298 K

Question 6

6. À température donnée, que peut-on conclure lorsque la pression partielle de dioxygène dépasse la pression d’équilibre métal–oxyde ?

Le métal est stable et l’oxyde se décompose spontanément.

L’oxyde est stable et le métal s’oxyde spontanément.

Le métal et l’oxyde sont à l’équilibre avec le gaz.

La pression d’équilibre augmente jusqu’à égaler la pression imposée.

Explication

Une pression de dioxygène supérieure à la pression d’équilibre rend l’oxyde stable et favorise l’oxydation spontanée du métal. L’équilibre entre métal, oxyde et gaz correspond plutôt à une pression égale à la pression d’équilibre.

Answer

L’oxyde est stable et le métal s’oxyde spontanément.

Question 7

7. Lorsqu’un métal fond pendant une réaction de formation d’oxyde, quel est le rôle de la chaleur de fusion dans le calcul de l’enthalpie standard de réaction ?

Elle est ajoutée à l’enthalpie de formation du métal solide pour tenir compte du métal liquide.

Elle est soustraite de l’enthalpie de formation de l’oxyde pour tenir compte de sa fusion.

Elle remplace l’enthalpie de formation du dioxygène dans le bilan de réaction.

Elle sert à corriger l’entropie de réaction sans modifier l’enthalpie standard.

Explication

La chaleur de fusion est prise en compte dans le terme relatif au métal, car le métal réactif est alors liquide plutôt que solide. La correction de l’entropie seule ne convient pas, puisque le calcul de l’enthalpie standard de réaction est lui aussi modifié.

Answer

Elle est ajoutée à l’enthalpie de formation du métal solide pour tenir compte du métal liquide.

Question 8

8. Quelle différence distingue la pression de corrosion d’un métal de la stabilité relative de son oxyde dans un diagramme d’Ellingham ?

La pression de corrosion correspond à la pression standard, tandis qu’une courbe plus basse indique une corrosion moins spontanée du métal.

La pression de corrosion classe les oxydes selon leur stabilité, tandis qu’une courbe plus basse indique le seuil d’oxydation du métal.

La pression de corrosion est le seuil de dioxygène provoquant la corrosion, tandis qu’une courbe plus basse signale un oxyde plus stable.

La pression de corrosion fixe la température limite de réduction, tandis qu’une courbe plus basse signale un métal plus stable que son oxyde.

Explication

La pression de corrosion est la pression d’oxygène d’équilibre au-delà de laquelle le métal se corrode, alors que la position des courbes compare la stabilité thermodynamique des oxydes. Une courbe plus basse indique un oxyde plus stable, et non une pression de corrosion particulière.

Answer

La pression de corrosion est le seuil de dioxygène provoquant la corrosion, tandis qu’une courbe plus basse signale un oxyde plus stable.

Question 9

9. Pourquoi la construction d’un diagramme de Pourbaix pour un élément doit-elle considérer des réactions d’oxydation, de réduction et de dissolution-précipitation ?

Parce qu’elles permettent de calculer la pente des droites d’Ellingham en fonction de la température.

Parce qu’elles établissent la pression d’équilibre du dioxygène entre le métal et son oxyde.

Parce qu’elles fixent la chaleur de fusion des solides présents dans le diagramme.

Parce qu’elles déterminent quelles formes de l’élément sont stables selon le potentiel et le pH.

Explication

Ces réactions relient les formes chimiques de l’élément aux conditions de potentiel et de pH, et permettent donc de délimiter leurs domaines dans le diagramme. Les pentes des droites d’Ellingham dépendent plutôt des variations d’entropie des réactions en fonction de la température.

Answer

Parce qu’elles déterminent quelles formes de l’élément sont stables selon le potentiel et le pH.

Question 10

10. À 25 °C, un couple rédox se situe au-dessus de la limite supérieure du domaine de stabilité de l’eau. Quel dégagement gazeux peut-on prévoir lorsque l’eau le réduit ?

Un dégagement de dihydrogène, issu de l’oxydation de l’eau.

Un dégagement de dihydrogène, issu de la réduction de l’eau.

Un dégagement de dioxygène, issu de l’oxydation de l’eau.

Un dégagement de dioxygène, issu de la réduction de l’eau.

Explication

Au-dessus du domaine de stabilité de l’eau, celle-ci peut réduire le couple rédox et s’oxyder en libérant du dioxygène. Le dégagement de dihydrogène est associé à la réduction de l’eau lorsque le couple se situe sous ce domaine.

Answer

Un dégagement de dioxygène, issu de l’oxydation de l’eau.

Question 11

11. Quelle caractéristique définit la frontière entre deux espèces dissoutes dans un diagramme de Pourbaix ?

Les deux solides y sont présents et la frontière sépare leurs régions de prépondérance.

Le solide y est présent à l’état de traces, et la frontière sépare ses régions de prédominance.

Les deux espèces y sont équimolaires et la frontière sépare leurs régions de prépondérance.

L’oxydant et le réducteur y sont présents, et la frontière sépare leurs régions d’existence.

Explication

Sur une frontière entre espèces dissoutes, leurs concentrations molaires sont égales et chacune prédomine dans une région distincte du diagramme. En revanche, la présence d’un solide à l’état de traces caractérise une frontière entre une espèce dissoute et une espèce solide.

Answer

Les deux espèces y sont équimolaires et la frontière sépare leurs régions de prépondérance.

QCM : Thermodynamique des oxydes et corrosion (11 questions)

Questions et réponses du QCM

1. À température fixée, l’activité d’une espèce passe de $a_i=1$ à $a_i=0{,}1$ . Quelle expression donne alors son potentiel chimique ?

2. À une température donnée, une réaction possède une constante d’équilibre $K>1$ . Quel signe doit avoir sa variation d’énergie libre standard ?

3. Pour une réaction à la température $T$ , on connaît $\Delta_rH^\circ(T)$ et $\Delta_rS^\circ(T)$ . Quelle opération permet de calculer $\Delta_rG^\circ(T)$ ?

4. Sur un diagramme d’Ellingham, la courbe de $\Delta_rG^\circ$ en fonction de $T$ présente une cassure à une température précise. Quelle interprétation convient dans un domaine où l’approximation d’Ellingham s’applique de part et d’autre ?

5. Que représente la pente d’une droite d’Ellingham dans l’approximation d’Ellingham ?

6. À température donnée, que peut-on conclure lorsque la pression partielle de dioxygène dépasse la pression d’équilibre métal–oxyde ?

7. Lorsqu’un métal fond pendant une réaction de formation d’oxyde, quel est le rôle de la chaleur de fusion dans le calcul de l’enthalpie standard de réaction ?

8. Quelle différence distingue la pression de corrosion d’un métal de la stabilité relative de son oxyde dans un diagramme d’Ellingham ?

9. Pourquoi la construction d’un diagramme de Pourbaix pour un élément doit-elle considérer des réactions d’oxydation, de réduction et de dissolution-précipitation ?

10. À 25 °C, un couple rédox se situe au-dessus de la limite supérieure du domaine de stabilité de l’eau. Quel dégagement gazeux peut-on prévoir lorsque l’eau le réduit ?

11. Quelle caractéristique définit la frontière entre deux espèces dissoutes dans un diagramme de Pourbaix ?

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Questions et réponses du QCM

1. À température fixée, l’activité d’une espèce passe de ai=1a_i=1ai​=1 à ai=0,1a_i=0{,}1ai​=0,1. Quelle expression donne alors son potentiel chimique ?

2. À une température donnée, une réaction possède une constante d’équilibre K>1K>1K>1. Quel signe doit avoir sa variation d’énergie libre standard ?

3. Pour une réaction à la température TTT, on connaît ΔrH∘(T)\Delta_rH^\circ(T)Δr​H∘(T) et ΔrS∘(T)\Delta_rS^\circ(T)Δr​S∘(T). Quelle opération permet de calculer ΔrG∘(T)\Delta_rG^\circ(T)Δr​G∘(T) ?

4. Sur un diagramme d’Ellingham, la courbe de ΔrG∘\Delta_rG^\circΔr​G∘ en fonction de TTT présente une cassure à une température précise. Quelle interprétation convient dans un domaine où l’approximation d’Ellingham s’applique de part et d’autre ?

5. Que représente la pente d’une droite d’Ellingham dans l’approximation d’Ellingham ?

6. À température donnée, que peut-on conclure lorsque la pression partielle de dioxygène dépasse la pression d’équilibre métal–oxyde ?

7. Lorsqu’un métal fond pendant une réaction de formation d’oxyde, quel est le rôle de la chaleur de fusion dans le calcul de l’enthalpie standard de réaction ?

8. Quelle différence distingue la pression de corrosion d’un métal de la stabilité relative de son oxyde dans un diagramme d’Ellingham ?

9. Pourquoi la construction d’un diagramme de Pourbaix pour un élément doit-elle considérer des réactions d’oxydation, de réduction et de dissolution-précipitation ?

10. À 25 °C, un couple rédox se situe au-dessus de la limite supérieure du domaine de stabilité de l’eau. Quel dégagement gazeux peut-on prévoir lorsque l’eau le réduit ?

11. Quelle caractéristique définit la frontière entre deux espèces dissoutes dans un diagramme de Pourbaix ?

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2. À une température donnée, une réaction possède une constante d’équilibre $K>1$ . Quel signe doit avoir sa variation d’énergie libre standard ?

3. Pour une réaction à la température $T$ , on connaît $\Delta_rH^\circ(T)$ et $\Delta_rS^\circ(T)$ . Quelle opération permet de calculer $\Delta_rG^\circ(T)$ ?

4. Sur un diagramme d’Ellingham, la courbe de $\Delta_rG^\circ$ en fonction de $T$ présente une cassure à une température précise. Quelle interprétation convient dans un domaine où l’approximation d’Ellingham s’applique de part et d’autre ?