Тест: Principes fondamentaux de la thermodynamique chimique — 20 въпроса

1. Quel énoncé décrit le mieux le premier principe de la thermodynamique chimique ?

A. La température reste constante pendant toute transformation chimique

B. L’énergie se conserve lors des transformations sous forme de chaleur et de travail

C. Le désordre de l’Univers diminue lors de toute transformation réelle

D. Une transformation n’est possible que si la structure microscopique est connue

Answer: (B)

Обяснение

Le premier principe exprime la conservation de l’énergie lors des transformations, avec des échanges possibles de chaleur et de travail. Le désordre croissant relève du deuxième principe, pas du premier.

2. Quelle caractéristique distingue une transformation réversible d’une transformation irréversible ?

A. Elle ne peut se produire qu’à l’échelle microscopique

B. Elle peut s’effectuer dans les deux sens en restant assimilable à une suite d’états d’équilibre

C. Elle ne met en jeu aucun échange d’énergie

D. Elle conduit nécessairement à un état final unique et figé

Answer: (B)

Обяснение

Une transformation réversible est idéalement réalisable dans les deux sens et peut être décrite comme une succession d’états d’équilibre. À l’inverse, une transformation irréversible ne permet pas le retour à l’état initial dans le processus considéré.

3. Qu’est-ce qui caractérise un état d’équilibre thermodynamique ?

A. Les grandeurs macroscopiques ne varient plus avec le temps

B. Les réactions microscopiques sont totalement arrêtées

C. La température du système est forcément nulle

D. La composition du système change continuellement

Answer: (A)

Обяснение

À l’équilibre thermodynamique, les grandeurs observables restent constantes dans le temps et la composition globale ne change plus. Les phénomènes microscopiques peuvent toutefois continuer à se produire en sens opposés.

4. Que se passe-t-il lorsqu’un système vérifie un équilibre chimique à conditions fixées ?

A. Le système revient spontanément à l’état initial

B. Les réactions directe et inverse continuent à la même vitesse

C. La réaction directe cesse complètement

D. La composition devient différente à chaque instant

Answer: (B)

Обяснение

L’équilibre chimique est dynamique : les réactions opposées se poursuivent, mais avec des vitesses égales et non nulles. C’est pourquoi les grandeurs macroscopiques restent constantes.

5. Que représente l’avancement de réaction ξ ?

A. Le pourcentage de réaction déjà terminé

B. La température atteinte par le mélange

C. La masse totale des produits formés

D. Une grandeur en moles qui mesure l’importance de la transformation

Answer: (D)

Обяснение

L’avancement ξ est une grandeur exprimée en moles qui quantifie l’état d’avancement de la réaction. Il relie les quantités de matière aux coefficients stœchiométriques.

6. Si une réaction est totale, à quoi correspond l’avancement maximal ξmax ?

A. À la quantité de produit effectivement isolée après purification

B. À une valeur indépendante de la composition initiale

C. À la quantité initiale totale de tous les réactifs

D. À la valeur atteinte lorsque le réactif limitant est épuisé

Answer: (D)

Обяснение

L’avancement maximal est atteint quand le réactif limitant est consommé. Dans ce cas, la réaction ne peut plus progresser davantage dans le sens direct.

7. Quel est le lien entre le quotient réactionnel Q et la constante d’équilibre K à l’équilibre ?

A. Q est toujours supérieur à K

B. Q est égal à K

C. Q ne dépend pas de la composition

D. Q est toujours inférieur à K

Answer: (B)

Обяснение

À l’équilibre, le quotient réactionnel prend exactement la valeur de la constante d’équilibre. C’est ce qui traduit l’absence d’évolution macroscopique du système.

8. Si, à un instant donné, Q est supérieur à K, dans quel sens le système évolue-t-il ?

A. Sans évolution possible

B. Dans le sens des réactifs vers les produits

C. Vers un état non thermodynamique

D. Dans le sens des produits vers les réactifs

Answer: (D)

Обяснение

Lorsque Q > K, le système évolue dans le sens inverse afin de diminuer Q et rejoindre l’équilibre. Les produits sont alors consommés au profit des réactifs.

9. Quelle affirmation décrit une variable extensive ?

A. Elle est forcément égale à la température

B. Elle dépend de la quantité de matière du système

C. Elle reste identique quelle que soit la taille du système

D. Elle ne peut pas être mesurée expérimentalement

Answer: (B)

Обяснение

Une variable extensive varie avec la quantité de matière et est additive, comme la masse, la quantité de matière ou le volume. Une variable intensive, au contraire, ne dépend pas de la taille du système.

10. Quelle propriété caractérise une fonction d’état ?

A. Elle n’existe que pour les systèmes en équilibre

B. Sa variation ne dépend pas du chemin suivi entre deux états

C. Elle est forcément extensive

D. Elle dépend de la vitesse de transformation

Answer: (B)

Обяснение

La variation d’une fonction d’état ne dépend que de l’état initial et de l’état final, pas du trajet parcouru. C’est ce qui la distingue d’une grandeur de chemin.

11. Quelle expression relie correctement la capacité calorifique molaire C à la capacité calorifique massique c ?

A. C = cM/1000

B. C = cM

C. C = 1000c/M

D. C = c/M

Answer: (A)

Обяснение

La relation donnée est C = cM/1000, avec le facteur 1000 lié à la conversion entre grammes et kilogrammes. Les autres expressions ne respectent pas les unités.

12. Dans le cas d’un corps dont la capacité calorifique est constante, quelle formule permet de calculer la chaleur échangée lors d’une variation de température ?

A. Q = m·c·(Tf − Ti)

B. Q = m·c/T

C. Q = c·ΔT/m

D. Q = m·c·(Ti − Tf)

Answer: (A)

Обяснение

Si c est constant, la chaleur échangée s’écrit bien Q = m·c·(Tf − Ti). Cette relation s’applique aussi sous la forme molaire Q = n·C·(Tf − Ti).

13. Quelle expression décrit la chaleur échangée lors d’une fusion à température constante ?

A. Q = m·Lf

B. Q = m·c·ΔT

C. Q = n·C·ΔT

D. Q = m·Tf

Answer: (A)

Обяснение

Pendant la fusion, la température reste constante et l’énergie sert au changement d’état, d’où Q = m·Lf. La formule Q = m·c·ΔT ne s’applique qu’en l’absence de changement d’état.

14. Dans un bilan thermique adiabatique entre plusieurs corps, quelle égalité est vérifiée ?

A. La température finale est égale à la température initiale

B. La somme des chaleurs échangées est nulle

C. La chaleur totale est toujours positive

D. Chaque corps reçoit la même chaleur

Answer: (B)

Обяснение

En calorimétrie adiabatique, les échanges de chaleur entre les corps se compensent, donc ΣQi = 0. Cela ne signifie pas que chaque corps reçoit la même chaleur, mais que la somme algébrique est nulle.

15. Que représente le signe d’une enthalpie de réaction standard positive ?

A. Une réaction endothermique

B. Une réaction sans état standard

C. Une réaction exothermique

D. Une réaction athermique

Answer: (A)

Обяснение

Une valeur positive de ΔrH° correspond à une réaction endothermique, donc consommatrice de chaleur. Une valeur négative correspond au contraire à une réaction exothermique.

16. À quoi correspond l’état standard d’un constituant chimique ?

A. À l’état où il est forcément gazeux sous 1 atm

B. À l’état où il est pris isolément sous 1 bar à la température T

C. À l’état où sa concentration vaut 1 mol·L−1

D. À l’état où son enthalpie de formation est nulle

Answer: (B)

Обяснение

L’état standard est la référence thermodynamique définie sous 1 bar à la température T, dans l’état physique choisi pour les tables. L’enthalpie de formation n’est nulle que pour les corps purs simples de référence.

17. Quelle propriété caractérise la loi de Hess pour une réaction chimique ?

A. L’enthalpie dépend de la vitesse de réaction

B. L’enthalpie ne dépend que des états initial et final

C. L’enthalpie change avec le chemin suivi

D. L’enthalpie est nulle pour toute réaction

Answer: (B)

Обяснение

La loi de Hess affirme que l’enthalpie de réaction dépend uniquement de l’état initial et de l’état final, pas du chemin thermochimique emprunté. C’est précisément ce qui permet d’additionner des étapes intermédiaires.

18. Comment calcule-t-on l’enthalpie standard de réaction à partir des enthalpies standard de formation ?

A. ΔrHm° = ΔfH° du réactif limitant

B. ΔrHm° = Σ(νi/ΔfHi°)

C. ΔrHm° = Σ(ΔfHi°/νi)

D. ΔrHm° = Σ(νi·ΔfHi°)

Answer: (D)

Обяснение

On additionne les enthalpies standard de formation en utilisant les coefficients stœchiométriques algébriques : positifs pour les produits et négatifs pour les réactifs. Les corps purs simples ont une enthalpie standard de formation égale à 0.

19. Lors de la formation d’une liaison A-B(g) à partir des atomes gazeux A(g) et B(g), quelle est la nature de l’enthalpie de réaction ?

A. Elle est positive

B. Elle est nulle

C. Elle est négative

D. Elle dépend uniquement de la pression

Answer: (C)

Обяснение

La formation d’une liaison libère de l’énergie : l’enthalpie de réaction associée est négative, ce qui correspond à El < 0. À l’inverse, la dissociation de la liaison est endothermique.

20. Quelle approximation utilise-t-on pour estimer une enthalpie de réaction à partir des énergies de liaison ?

A. On ne tient compte que des liaisons les plus fortes

B. On additionne seulement les liaisons des produits

C. On casse les liaisons des réactifs puis on forme celles des produits

D. On remplace toutes les liaisons par une énergie unique exacte

Answer: (C)

Обяснение

L’estimation repose sur la destruction des liaisons des réactifs et la formation de celles des produits, puis sur la somme des contributions correspondantes. Cette méthode reste approximative, surtout si la molécule possède plusieurs environnements électroniques différents.