QCM : Transformation de la matière — 29 questions

Questions et réponses du QCM

1. Quelle propriété caractérise une grandeur intensive ?

Elle est proportionnelle à la taille du système et additive.
Elle varie avec la quantité totale de matière du système.
Elle est indépendante de la taille du système et non additive.
Elle correspond à une somme de masses mesurées dans le système.

Elle est indépendante de la taille du système et non additive.

Explication

Une grandeur intensive est définie localement, ne dépend pas de la taille du système et ne s’additionne pas lors d’une réunion de sous-systèmes. Une grandeur proportionnelle à la taille du système et additive est extensive.

2. Deux récipients identiques contiennent chacun une même solution homogène. Quelle grandeur reste égale dans les deux récipients lorsqu’on les réunit, tandis que la quantité totale correspondante peut s’additionner ?

La masse volumique de la solution.
La masse totale de la solution.
La quantité de matière totale.
Le volume total de la solution.

La masse volumique de la solution.

Explication

La masse volumique est une grandeur intensive : dans une solution homogène, elle ne dépend pas de la taille du système. La masse, la quantité de matière et le volume sont des grandeurs extensives qui s’additionnent lors de la réunion des récipients.

3. Un échantillon contient NN entités. Quelle expression donne sa quantité de matière ?

n=NNAn = \frac{N}{N_A}
n=NNAn = N - N_A
n=N×NAn = N \times N_A
n=NANn = \frac{N_A}{N}

$$n = \frac{N}{N_A}$$

Explication

La quantité de matière s’obtient en divisant le nombre d’entités par la constante d’Avogadro, soit n=NNAn = \frac{N}{N_A}. Elle ne doit donc pas être confondue avec le nombre d’entités NN lui-même.

4. Un échantillon possède une masse m=18 gm = 18\ \mathrm{g} et une masse molaire M=18 gmol1M = 18\ \mathrm{g\,mol^{-1}}. Quelle est sa quantité de matière ?

324 mol324\ \mathrm{mol}
0,1 mol0{,}1\ \mathrm{mol}
1 mol1\ \mathrm{mol}
18 mol18\ \mathrm{mol}

$$1\ \mathrm{mol}$$

Explication

La relation n=mMn = \frac{m}{M} donne ici n=1818=1 moln = \frac{18}{18} = 1\ \mathrm{mol}. Multiplier la masse par la masse molaire ne correspond pas à la formule de calcul de la quantité de matière.

5. Que représente la masse molaire d’une espèce chimique ?

Le nombre d’entités contenues dans un échantillon, exprimé en mol1\mathrm{mol^{-1}}.
La masse d’une mole d’entités de cette espèce, exprimée en gmol1\mathrm{g\,mol^{-1}}.
La masse volumique de l’espèce, exprimée en gcm3\mathrm{g\,cm^{-3}}.
La masse de l’échantillon étudié, exprimée en g\mathrm{g}.

La masse d’une mole d’entités de cette espèce, exprimée en $$\mathrm{g\,mol^{-1}}$$.

Explication

La masse molaire est la masse correspondant à une mole, c’est-à-dire à NAN_A atomes ou molécules, et son unité usuelle est gmol1\mathrm{g\,mol^{-1}}. La masse en grammes décrit l’échantillon effectivement étudié et peut différer de la masse molaire.

6. Un mélange contient des quantités de matière nA=2 moln_A = 2\ \mathrm{mol} et nB=3 moln_B = 3\ \mathrm{mol}. Quelle est la fraction molaire de l’espèce A ?

xA=5x_A = 5
xA=2x_A = 2
xA=0,4x_A = 0{,}4
xA=0,6x_A = 0{,}6

$$x_A = 0{,}4$$

Explication

La fraction molaire se calcule avec les quantités de matière : xA=nAnA+nB=25=0,4x_A = \frac{n_A}{n_A+n_B} = \frac{2}{5} = 0{,}4. La valeur 0,60{,}6 correspond à la fraction molaire de B, et non à celle de A.

7. Un mélange contient une masse mA=20 gm_A = 20\ \mathrm{g} d’une espèce A et une masse mB=30 gm_B = 30\ \mathrm{g} d’une espèce B. Quelle est la fraction massique de A ?

wA=20w_A = 20
wA=50w_A = 50
wA=0,4w_A = 0{,}4
wA=0,6w_A = 0{,}6

$$w_A = 0{,}4$$

Explication

La fraction massique utilise les masses : wA=mAmA+mB=2050=0,4w_A = \frac{m_A}{m_A+m_B} = \frac{20}{50} = 0{,}4. La valeur 0,60{,}6 est la fraction massique de B, tandis que les valeurs 20 et 50 sont des masses exprimées en grammes.

8. Quelle propriété caractérise un gaz parfait par rapport à un gaz réel ?

Ses molécules possèdent toutes la même vitesse individuelle
Ses molécules occupent une fraction importante du volume total
Ses molécules se transforment spontanément en liquide
Ses molécules n’exercent aucune interaction entre elles

Ses molécules n’exercent aucune interaction entre elles

Explication

Dans le modèle du gaz parfait, les molécules sont supposées dépourvues d’interactions entre elles. Un gaz réel peut, lui, présenter des interactions moléculaires, notamment lorsque les conditions s’éloignent de l’idéalité.

9. Pour utiliser la loi des gaz parfaits PV=nRTPV=nRT avec une pression en pascals et un volume en mètres cubes, quelle unité doit être utilisée pour la température ?

Le degré Fahrenheit
Le degré Réaumur
Le degré Celsius
Le kelvin

Le kelvin

Explication

La loi PV=nRTPV=nRT utilise la température absolue exprimée en kelvins, avec R=8,314 JK1mol1R=8{,}314\ \mathrm{J\,K^{-1}\,mol^{-1}}. Une température en degrés Celsius doit donc être convertie avant le calcul.

10. Dans un mélange gazeux, comment définit-on la pression partielle du gaz AiA_i ?

Comme la différence entre la pression totale et sa concentration molaire
Comme la pression exercée par le gaz dans le volume qu’il occupe réellement
Comme la pression qu’il exercerait seul dans tout le volume à la température du mélange
Comme la pression totale divisée par le nombre d’espèces du mélange

Comme la pression qu’il exercerait seul dans tout le volume à la température du mélange

Explication

La pression partielle est la pression qu’aurait le gaz considéré s’il occupait seul tout le volume à la température du mélange. Elle ne correspond donc pas nécessairement à une pression mesurée dans un volume réservé à cette espèce.

11. Un mélange gazeux a une pression totale de 2,0×105 Pa2{,}0\times10^5\ \mathrm{Pa} et la fraction molaire du dioxygène vaut 0,300{,}30. Quelle est sa pression partielle ?

2,3×105 Pa2{,}3\times10^5\ \mathrm{Pa}
6,0×104 Pa6{,}0\times10^4\ \mathrm{Pa}
6,7×105 Pa6{,}7\times10^5\ \mathrm{Pa}
1,5×105 Pa1{,}5\times10^5\ \mathrm{Pa}

$$6{,}0\times10^4\ \mathrm{Pa}$$

Explication

La loi de Dalton donne pi=xiPp_i=x_iP, donc pO2=0,30×2,0×105=6,0×104 Pap_{\mathrm{O_2}}=0{,}30\times2{,}0\times10^5=6{,}0\times10^4\ \mathrm{Pa}. La somme des pressions partielles doit par ailleurs être égale à la pression totale.

12. Dans une solution aqueuse, quelle espèce constitue généralement le solvant ?

L’espèce liquide présente en quantité très supérieure aux solutés
L’espèce dissoute présente en plus faible quantité dans la solution
L’espèce chimique qui possède nécessairement la plus grande masse molaire
L’espèce ajoutée en dernier lors de la préparation de la solution

L’espèce liquide présente en quantité très supérieure aux solutés

Explication

Le solvant est le constituant majoritaire dans lequel les solutés sont dissous. La masse molaire ou l’ordre d’ajout ne définit pas le rôle de solvant.

13. Une solution contient 0,20 mol0{,}20\ \mathrm{mol} d’une espèce dissoute dans 0,50 L0{,}50\ \mathrm{L} de solution. Quelle est sa concentration molaire ?

0,40 molL10{,}40\ \mathrm{mol\,L^{-1}}
4,0 molL14{,}0\ \mathrm{mol\,L^{-1}}
0,10 molL10{,}10\ \mathrm{mol\,L^{-1}}
2,5 molL12{,}5\ \mathrm{mol\,L^{-1}}

$$0{,}40\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$$

Explication

La concentration molaire se calcule avec Ci=niVC_i=\frac{n_i}{V}, soit Ci=0,200,50=0,40 molL1C_i=\frac{0{,}20}{0{,}50}=0{,}40\ \mathrm{mol\,L^{-1}}. La concentration massique utiliserait une masse plutôt qu’une quantité de matière.

14. Une solution a une concentration molaire de 0,50 molL10{,}50\ \mathrm{mol\,L^{-1}} pour un soluté de masse molaire 40 gmol140\ \mathrm{g\,mol^{-1}}. Quelle est sa concentration massique ?

0,0125 gL10{,}0125\ \mathrm{g\,L^{-1}}
20 gL120\ \mathrm{g\,L^{-1}}
80 gL180\ \mathrm{g\,L^{-1}}
40,5 gL140{,}5\ \mathrm{g\,L^{-1}}

$$20\ \mathrm{g\,L^{-1}}$$

Explication

La relation Cm,i=CiMiC_{m,i}=C_iM_i donne Cm,i=0,50×40=20 gL1C_{m,i}=0{,}50\times40=20\ \mathrm{g\,L^{-1}}. La concentration massique ne se confond pas avec la concentration molaire, car elle exprime une masse par volume.

15. Que se conserve lors d’une transformation chimique, malgré la modification des espèces chimiques ?

Les éléments chimiques présents dans le système
Les molécules initiales dans leur état d’origine
Les quantités de matière de toutes les espèces
Les propriétés physiques de chaque réactif

Les éléments chimiques présents dans le système

Explication

Une transformation chimique convertit certaines espèces en d’autres tout en conservant les éléments chimiques. Les molécules initiales et les quantités de matière des espèces peuvent donc changer.

16. Dans un système fermé comportant une seule réaction, quelle grandeur en moles permet de décrire les quantités de matière des différentes espèces ?

La masse volumique ρ\rho
L’avancement ξ\xi
La concentration massique CmC_m
L’avancement volumique xx

L’avancement $$\xi$$

Explication

L’avancement ξ\xi, exprimé en moles, est la grandeur dont dépendent les quantités de matière lorsque le système fermé ne comporte qu’une réaction. L’avancement volumique s’exprime en mol·L⁻¹ et correspond à une autre grandeur.

17. Dans quelle situation l’avancement maximal ξmax\xi_{\max} est-il atteint ?

Lorsque les réactifs et les produits ont exactement la même quantité
Lorsque le réactif limitant est épuisé et que la réaction est totale
Lorsque la réaction atteint un équilibre avant l’épuisement d’un réactif
Lorsque la concentration du produit devient égale à celle du solvant

Lorsque le réactif limitant est épuisé et que la réaction est totale

Explication

L’avancement maximal correspond à l’épuisement du réactif limitant et n’est atteint que dans le cas d’une réaction totale. Une réaction limitée par un équilibre peut s’arrêter avant cette valeur.

18. Une réaction présente un avancement final ξf=0,60 mol\xi_f=0{,}60\ \mathrm{mol} et un avancement maximal ξmax=0,80 mol\xi_{\max}=0{,}80\ \mathrm{mol}. Quel est son taux d’avancement ?

0,750{,}75
1,331{,}33
0,200{,}20
1,401{,}40

$$0{,}75$$

Explication

Le taux d’avancement est défini par τ=ξfξmax\tau=\frac{\xi_f}{\xi_{\max}}, donc τ=0,600,80=0,75\tau=\frac{0{,}60}{0{,}80}=0{,}75. Cette grandeur est sans unité, car elle est le rapport de deux avancements exprimés dans la même unité.

19. Pour une réaction écrite iνiAi=0\sum_i \nu_i A_i=0, quelle expression définit le quotient de réaction QrQ_r ?

Qr=iνiaiQ_r=\prod_i \nu_i^{a_i}, avec les activités en exposant
Qr=iaiνiQ_r=\prod_i a_i^{-\nu_i}, avec des exposants positifs pour les réactifs
Qr=iaiνiQ_r=\prod_i a_i^{\nu_i}, avec des exposants négatifs pour les réactifs
Qr=iνiaiQ_r=\sum_i \nu_i a_i, avec des coefficients signés

$$Q_r=\prod_i a_i^{\nu_i}$$, avec des exposants négatifs pour les réactifs

Explication

Le quotient de réaction est le produit des activités élevées aux coefficients stœchiométriques signés, négatifs pour les réactifs et positifs pour les produits. L’expression fondée sur une somme d’activités ne respecte pas la définition thermodynamique du quotient.

20. Quelle activité faut-il attribuer à un solide pur présent dans un équilibre chimique ?

Une activité égale à 1
Une activité égale à sa quantité de matière
Une activité égale à sa concentration molaire
Une activité égale à sa pression partielle

Une activité égale à 1

Explication

L’activité d’un solide pur, comme celle d’un liquide pur, est prise égale à 1. En revanche, l’activité d’un soluté dilué dépend de sa concentration et celle d’un gaz parfait de sa pression rapportée à l’état standard.

21. Quelle propriété caractérise la constante thermodynamique K(T)K^\circ(T) à l’équilibre chimique ?

Elle est la valeur de QrQ_r et dépend de la pression totale
Elle est la valeur de la pression et dépend du volume du système
Elle est la valeur de l’avancement et dépend de la composition initiale
Elle est la valeur de QrQ_r et dépend de la température

Elle est la valeur de $$Q_r$$ et dépend de la température

Explication

À l’équilibre, le quotient de réaction prend la valeur K(T)K^\circ(T), qui dépend uniquement de la température. Une modification de la pression ou de la composition peut changer QrQ_r, mais ne change pas cette constante à température fixée.

22. Un système possède Qr<K(T)Q_r<K^\circ(T) avant son évolution : dans quel sens évolue-t-il spontanément ?

Il reste immobile car l’équilibre est déjà atteint
Dans le sens indirect, afin de diminuer la valeur de QrQ_r
Dans le sens direct, afin d’augmenter la valeur de QrQ_r
Dans les deux sens avec des vitesses identiques

Dans le sens direct, afin d’augmenter la valeur de $$Q_r$$

Explication

Lorsque QrQ_r est inférieur à K(T)K^\circ(T), le système évolue dans le sens direct pour rapprocher le quotient de sa valeur d’équilibre. L’égalité entre ces deux grandeurs, et non leur inégalité, caractérise un système déjà à l’équilibre.

23. Quelle démarche permet de déterminer la composition finale d’un système réactionnel ?

Comparer les masses initiales, puis supposer que tous les réactifs atteignent leur état standard
Déterminer le sens d’évolution, établir un tableau d’avancement, puis imposer Qr,eˊq=KQ_{r,\mathrm{éq}}=K^\circ
Calculer directement les concentrations initiales, puis prendre l’avancement maximal comme résultat final
Déterminer la pression totale, puis utiliser cette pression comme quotient à l’équilibre

Déterminer le sens d’évolution, établir un tableau d’avancement, puis imposer $$Q_{r,\mathrm{éq}}=K^\circ$$

Explication

La composition finale se déduit d’une démarche progressive reliant le sens d’évolution, le tableau d’avancement, le quotient à l’équilibre et la constante thermodynamique. Prendre directement l’avancement maximal n’est valable que comme approximation dans certains cas, notamment pour une constante très grande.

24. Quelle approximation est généralement justifiée lorsque K>103104K^\circ>10^3\text{–}10^4 ?

L’avancement final devient égal à la quantité totale de matière
La réaction est presque quantitative et ξfinalξmax\xi_{\mathrm{final}}\approx\xi_{\max}
Les réactifs et les produits restent dans leurs proportions initiales
La réaction est presque inexistante et ξfinal0\xi_{\mathrm{final}}\approx0

La réaction est presque quantitative et $$\xi_{\mathrm{final}}\approx\xi_{\max}$$

Explication

Une très grande constante favorise fortement les produits, ce qui permet d’estimer l’avancement final par ξmax\xi_{\max}, avec une quantité résiduelle de réactif limitant presque nulle. Une constante très petite conduit au contraire à une réaction quasi nulle.

25. Quelle hypothèse peut-on formuler lorsque K<103K^\circ<10^{-3} ?

La réaction est quantitative et ξfinalξmax\xi_{\mathrm{final}}\approx\xi_{\max}
La réaction est quasi nulle et ξfinal0\xi_{\mathrm{final}}\approx0
L’équilibre est atteint avec des quantités égales de réactifs et de produits
Le réactif limitant est presque entièrement consommé

La réaction est quasi nulle et $$\xi_{\mathrm{final}}\approx0$$

Explication

Une constante très petite indique que l’état d’équilibre est fortement défavorable à l’avancement direct, d’où l’approximation ξfinal0\xi_{\mathrm{final}}\approx0. Cette hypothèse doit néanmoins être vérifiée a posteriori, car elle constitue une approximation de calcul.

26. Que signifie une rupture d’équilibre dans un équilibre hétérogène ?

Le quotient de réaction devient égal à la constante thermodynamique
Toutes les phases présentes atteignent simultanément leur état standard
Une phase est totalement consommée avant que l’équilibre ne soit atteint
La température change et modifie la valeur de la constante

Une phase est totalement consommée avant que l’équilibre ne soit atteint

Explication

Il y a rupture d’équilibre lorsqu’une phase disparaît entièrement avant que la condition d’équilibre ne puisse être satisfaite. L’égalité entre le quotient et la constante décrit au contraire l’état d’équilibre, et non sa rupture.

27. Comment réagit un système lorsqu’un facteur d’équilibre est modifié ?

Il atteint un état où toutes les espèces ont la même activité
Il évolue vers un nouvel équilibre qui s’oppose à la modification imposée
Il évolue dans le sens qui amplifie la modification imposée
Il conserve sa composition et modifie seulement sa constante

Il évolue vers un nouvel équilibre qui s’oppose à la modification imposée

Explication

Le système se déplace vers un nouvel état d’équilibre de façon à s’opposer à la perturbation appliquée. La constante ne change pas lors d’une modification de composition ou de pression à température fixée, ce qui distingue le déplacement d’une variation de constante.

28. À température constante, que se passe-t-il lorsqu’on modifie la pression ou la composition d’un système à l’équilibre ?

La valeur de QrQ_r change, ce qui détermine le sens du déplacement
La température change, ce qui modifie simultanément QrQ_r et KK^\circ
La valeur de KK^\circ change, ce qui détermine directement le déplacement
La réaction cesse d’être réversible dès que la pression varie

La valeur de $$Q_r$$ change, ce qui détermine le sens du déplacement

Explication

À température fixée, la pression ou la composition modifie les activités et donc le quotient QrQ_r, tandis que KK^\circ reste constant. Le sens du déplacement est alors déterminé par la comparaison entre le nouveau quotient et la constante.

29. Une augmentation de température diminue le taux d’avancement d’une réaction à l’équilibre : comment cette réaction est-elle classée ?

Elle est endothermique
Elle est exothermique
Elle est nécessairement totale
Elle est nécessairement hétérogène

Elle est exothermique

Explication

Si le chauffage diminue l’avancement, le système est déplacé dans le sens opposé à la réaction étudiée, ce qui caractérise une réaction exothermique. Une réaction endothermique voit au contraire son avancement augmenter lorsque la température augmente.

Révisez avec les flashcards

Mémorisez les réponses avec 53 flashcards sur Transformation de la matière.

Qu'est-ce qu'une variable intensive ?

Une variable indépendante de la taille du système, définie en chaque point et non additive.

Qu'est-ce qu'une variable extensive ?

Une variable proportionnelle à la taille du système, définie en chaque point et additive.

Quels sont des exemples de grandeurs extensives ?

La quantité de matière, le volume et la masse.

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Approfondir avec la fiche

Consultez la fiche de révision complète sur Transformation de la matière.

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