Terminale · Physique-chimie

Cinétique macroscopique

Chapitre 4

15 questions originales à réponses multiples pour vérifier les notions, les méthodes et les points de vigilance du chapitre.

Prévois papier, stylo et calculatrice. Plusieurs réponses peuvent être justes. Relie chaque signal à une grandeur chimique, garde les unités des axes et limite les conclusions aux conditions mesurées.

Comment répondre ?

Prévois une feuille et un stylo pour poser tes calculs et rédiger tes étapes. Chaque QCM propose cinq affirmations. Une ou plusieurs réponses peuvent être exactes. Coche-les, vérifie, puis ouvre la correction pour comprendre chaque proposition. Tu obtiens un point seulement si tu coches toutes les bonnes réponses, sans cocher de réponse fausse.

0 question vérifiée sur 15

Question 1

Étalonnage avec blanc

La formation d'un produit P coloré est suivie par A = 0,020 + (200 L·mol⁻¹)[P]. À t = 60 s, on mesure A = 0,220 ; une seule espèce absorbe à cette longueur d'onde. Que déduit-on ?

Si une seconde espèce absorbe, la même conversion reste nécessairement exacte. La concentration [P] vaut 1,00 × 10⁻³ mol·L⁻¹. Il faut soustraire 0,020 avant de diviser par 200 L·mol⁻¹. L'absorbance 0,220 porte l'unité mol·L⁻¹. La valeur 0,020 est une concentration initiale de P.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : B, C

A — Faux. Faux. Une contribution supplémentaire à A ferait surestimer [P] si elle n'était pas quantifiée séparément.
B — Vrai. Vrai. Après soustraction du blanc, le quotient de l'absorbance utile par le coefficient donne [P]=(0,220−0,020)/200=1,00 × 10⁻³ mol·L⁻¹.
C — Vrai. Vrai. Le terme 0,020 correspond au blanc ; seul A−0,020 est proportionnel à [P].
D — Faux. Faux. L'absorbance est un quotient d'intensités lumineuses et reste sans unité, contrairement à [P].
E — Faux. Faux. L'ordonnée à l'origine de l'étalonnage est une absorbance sans unité, pas une concentration.

Méthode à retenir. Isoler le signal dû à P puis vérifier l'unité du coefficient d'étalonnage.

Question 2

Conductivité et volume

Une transformation consomme l'ion X⁻. À volume constant, le modèle étalonné est σ(t)=σ_fond+(0,80 S·m⁻¹·L·mol⁻¹)[X⁻](t), avec σ_fond=0,12 S·m⁻¹. À 20 s, σ=0,28 S·m⁻¹. Quelles propositions sont justes ?

On peut identifier [X⁻] avec σ sans conversion. Une dilution pendant le suivi demanderait de reconsidérer la relation adoptée. Le fond σ_fond représente forcément une concentration de 0,12 mol·L⁻¹. Une baisse de σ prouve la disparition totale de tous les ions. [X⁻](20 s)=0,20 mol·L⁻¹.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : B, E

A — Faux. Faux. La conductivité s'exprime en S·m⁻¹ ; l'étalonnage et son fond sont indispensables à la concentration.
B — Vrai. Vrai. Le modèle est annoncé à volume constant ; une dilution modifierait les concentrations des ions et le signal.
C — Faux. Faux. σ_fond est une conductivité en S·m⁻¹, provenant des autres contributions ioniques du milieu.
D — Faux. Faux. Une baisse du signal indique ici une baisse modélisée de X⁻, sans conclure sur tous les ions.
E — Vrai. Vrai. Le signal utile après retrait du fond vaut 0,28−0,12=0,16 S·m⁻¹, donc [X⁻]=0,16/0,80=0,20 mol·L⁻¹.

Méthode à retenir. Distinguer la grandeur mesurée, le fond et l'espèce suivie.

Question 3

Pression d'un gaz formé

Une réaction produit un gaz dans une enceinte rigide de 2,00 L à 300 K. La pression totale passe de 100 à 110 kPa ; les autres gaz gardent la même quantité et R=8,31 J·mol⁻¹·K⁻¹. Quelle quantité de gaz produit-on ?

Il faut utiliser 110 kPa sans soustraire la pression initiale. La transformation est totale parce que la pression augmente. La hausse de pression seule donne directement une vitesse en mol·L⁻¹·s⁻¹. La relation pV=nRT peut s'appliquer avec V=2,00 sans convertir les litres. La quantité produite est voisine de 8,0 × 10⁻³ mol.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : E

A — Faux. Faux. La pression initiale des autres gaz est déjà présente ; seule Δp=10 kPa revient au gaz formé.
B — Faux. Faux. La hausse établit qu'un gaz apparaît ; elle ne précise pas l'avancement maximal ni final.
C — Faux. Faux. Une variation temporelle et une conversion par V et T sont nécessaires pour obtenir une vitesse volumique.
D — Faux. Faux. Avec p en pascals et R en unités SI, le volume doit valoir 0,00200 m³.
E — Vrai. Vrai. À V et T fixes, Δn=ΔpV/(RT)=10 000×0,00200/(8,31×300)=8,0 × 10⁻³ mol.

Méthode à retenir. Utiliser la variation de pression et toutes les unités SI dans la loi des gaz.

Question 4

Vitesse moyenne de disparition

Pour un réactif R, [R] vaut 0,080 mol·L⁻¹ à 20 s et 0,050 mol·L⁻¹ à 80 s. Le volume est constant. Que vaut la vitesse volumique moyenne de disparition sur cet intervalle ?

Il faudrait multiplier le résultat par 60 pour convertir les secondes en minutes. La pente de la sécante [R](t) est négative. La vitesse instantanée à 20 s est nécessairement cette valeur. Elle vaut 5,0 × 10⁻⁴ mol·L⁻¹·s⁻¹. La vitesse moyenne vaut −5,0 × 10⁻⁴ mol·L⁻¹·s⁻¹.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : B, D

A — Faux. Faux. Le calcul est déjà en secondes ; le résultat demandé en s⁻¹ ne réclame aucune conversion.
B — Vrai. Vrai. [R] diminue de 0,030 mol·L⁻¹ en 60 s ; sa pente est donc négative.
C — Faux. Faux. Deux points donnent une moyenne sur 60 s ; la tangente locale à 20 s peut différer.
D — Vrai. Vrai. La disparition de R est positive car sa concentration diminue ; on calcule −Δ[R]/Δt=−(0,050−0,080)/(80−20)=5,0 × 10⁻⁴ mol·L⁻¹·s⁻¹.
E — Faux. Faux. La pente est négative mais la vitesse de disparition est son opposé, donc positive.

Méthode à retenir. Calculer la pente signée, puis appliquer la définition positive de disparition.

Question 5

Tangente locale

Sur le graphe de [P](t), la tangente au point t=100 s passe par (80 s ; 0,016 mol·L⁻¹) et (120 s ; 0,028 mol·L⁻¹). Les points de la tangente sont des repères graphiques, non deux mesures. Que peut-on dire ?

Une tangente estime une vitesse instantanée, avec l'incertitude de lecture du graphe. La pente de la tangente impose que la réaction soit totale. Le signe de la pente est positif. La vitesse d'apparition à 100 s est estimée à 3,0 × 10⁻⁴ mol·L⁻¹·s⁻¹. Cette pente n'est pas automatiquement la vitesse moyenne entre 80 et 120 s.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : A, C, D, E

A — Vrai. Vrai. La pente au point demandé approche d[P]/dt ; sa précision dépend des axes et du tracé.
B — Faux. Faux. La pente renseigne sur le rythme local de formation, sans donner le plateau final ni x_max.
C — Vrai. Vrai. L'ordonnée de cette droite augmente avec le temps ; sa dérivée locale est donc positive.
D — Vrai. Vrai. La pente de la tangente vaut (0,028−0,016)/(120−80)=3,0 × 10⁻⁴ mol·L⁻¹·s⁻¹.
E — Vrai. Vrai. Les deux coordonnées appartiennent à la tangente ; la courbe réelle peut passer ailleurs aux mêmes dates.

Méthode à retenir. Lire la pente sur la tangente, sans lui attribuer les mesures de la courbe.

Question 6

Coefficients stœchiométriques

Pour 2 A(aq) ⟶ B(aq), le volume reste constant et l'on mesure d[B]/dt = 1,5 × 10⁻³ mol·L⁻¹·s⁻¹. Quelle est la vitesse de disparition de A ?

Le bilan seul permet de déduire la valeur numérique des deux vitesses. Elle vaut 0,75 × 10⁻³ mol·L⁻¹·s⁻¹. Elle vaut 3,0 × 10⁻³ mol·L⁻¹·s⁻¹. Elle vaut 1,5 × 10⁻³ mol·L⁻¹·s⁻¹. Elle vaut −3,0 × 10⁻³ mol·L⁻¹·s⁻¹.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : C

A — Faux. Faux. Le bilan fixe seulement un rapport ; la valeur numérique vient ici de la mesure de d[B]/dt.
B — Faux. Faux. Le facteur stœchiométrique multiplie la disparition de A par deux par rapport à l'apparition de B.
C — Vrai. Vrai. Le bilan impose une disparition de deux A pour une apparition de B ; −d[A]/dt=2d[B]/dt=2×1,5 × 10⁻³=3,0 × 10⁻³ mol·L⁻¹·s⁻¹.
D — Faux. Faux. Cette valeur concerne l'apparition de B ; deux A disparaissent pour chaque B formé.
E — Faux. Faux. La dérivée d[A]/dt est négative ; la vitesse de disparition est définie avec son opposé positif.

Méthode à retenir. Relier les dérivées par les coefficients du bilan, puis gérer les signes.

Question 7

Temps de demi-réaction

Une transformation atteint un avancement final x_f=0,60 mmol, inférieur à x_max=1,00 mmol. Les mesures donnent x(20 s)=0,20 mmol, x(50 s)=0,30 mmol et x(80 s)=0,50 mmol. Quelles conclusions suivent ?

Le temps de demi-réaction dépend ici du plateau final choisi comme référence. Le temps de demi-réaction est 50 s d'après ces mesures. La transformation n'est pas totale puisque x_f<x_max. Une demi-réaction signifie que la moitié des molécules a nécessairement réagi. Il faut chercher x=0,50 mmol pour définir t_1/2.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : A, B, C

A — Vrai. Vrai. La moitié s'évalue sur x_f=0,60 mmol ; changer de plateau changerait le seuil à lire.
B — Vrai. Vrai. Le seuil est x_f/2=0,30 mmol ; il est atteint à t=50 s dans les données.
C — Vrai. Vrai. Les données donnent 0,60 mmol au lieu de 1,00 mmol possible ; le réactif limitant demeure partiellement disponible.
D — Faux. Faux. La définition porte sur l'avancement final, et non sur une fraction universelle de toutes les molécules initiales.
E — Faux. Faux. 0,50 mmol correspond à x_max/2, alors que la définition utilise l'avancement final observé.

Méthode à retenir. Repérer la moitié de l'avancement final, même lorsque la réaction est limitée.

Question 8

Comparer des concentrations initiales

Deux essais A et B utilisent la même transformation, la même température, le même volume et le même capteur. La seule différence annoncée est [R]₀ : 0,10 mol·L⁻¹ pour A, 0,20 mol·L⁻¹ pour B. B atteint son propre x_f/2 plus tôt. Que conclure ?

La comparaison demande de conserver la même définition de t=0 et le même suivi. La différence de concentration est un facteur cinétique testé ici. Cela prouve que toutes les réactions doublent de vitesse lorsque [R]₀ double. Dans ces conditions, accroître [R]₀ accélère la progression relative mesurée. B forme nécessairement deux fois plus de produit au plateau.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : A, B, D

A — Vrai. Vrai. Un décalage de déclenchement ou de protocole empêcherait d'attribuer le changement à [R]₀.
B — Vrai. Vrai. Les autres conditions étant fixées, le temps de demi-réaction plus court dans B montre un effet cinétique de la concentration dans ces essais.
C — Faux. Faux. Une comparaison locale entre deux essais ne détermine ni loi universelle ni facteur exactement égal à deux.
D — Vrai. Vrai. Le temps pour atteindre chaque demi-avancement final est plus court dans B, avec les autres conditions contrôlées.
E — Faux. Faux. Le temps plus court renseigne sur le rythme ; le plateau dépend aussi des autres réactifs et de l'équilibre.

Méthode à retenir. Comparer les demi-avancements propres à chaque essai et limiter la portée de la conclusion.

Question 9

Température et protocole

L'essai A est conduit à 20 °C dans 100 mL ; l'essai B à 40 °C dans 50 mL, avec les mêmes quantités initiales de réactifs. B réagit plus vite. Quelle affirmation est défendable ?

Les concentrations initiales restent identiques puisque les quantités restent identiques. Le résultat prouve que 20 °C supplémentaires doublent la vitesse. On ne peut pas attribuer la différence à la seule température. Il faut refaire un essai en ne changeant que la température. La réaction est forcément plus totale à 40 °C.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : C, D

A — Faux. Faux. La concentration vaut n/V ; avec deux fois moins de volume, elle est doublée si le mélange reste homogène.
B — Faux. Faux. Le protocole confond température et concentration, et aucune vitesse chiffrée doublée n'est indiquée.
C — Vrai. Vrai. La division du volume par deux modifie aussi les concentrations initiales ; deux facteurs changent ensemble.
D — Vrai. Vrai. Un contrôle gardant volume et compositions initiaux constants isolerait l'effet de la température sur le rythme.
E — Faux. Faux. Une vitesse accrue n'impose pas un avancement final plus grand ; aucun plateau n'est fourni.

Méthode à retenir. Identifier les variables qui changent ensemble avant d'inférer un effet causal.

Question 10

Catalyse et plateau

Deux suivis de la même réaction ont x_f=0,80 mmol. Avec un catalyseur, le plateau est atteint vers 2 min ; sans lui, vers 10 min. Les systèmes initiaux et la température sont identiques. Quelles lectures sont compatibles ?

Les deux courbes suffisent à identifier toutes les étapes du mécanisme catalytique. Une courbe plus rapide ne signifie pas ici davantage de produit final. Le catalyseur accélère l'évolution observée dans ce protocole. Le catalyseur est nécessairement consommé dans le bilan global. Les deux essais présentent le même avancement final mesuré.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : B, C, E

A — Faux. Faux. Une évolution macroscopique peut montrer l'effet cinétique, mais pas dévoiler à elle seule tous les actes élémentaires.
B — Vrai. Vrai. Malgré les durées 2 et 10 min différentes, le plateau commun reste 0,80 mmol.
C — Vrai. Vrai. Le même avancement final est atteint plus tôt dans l'essai catalysé, toutes les autres conditions annoncées égales.
D — Faux. Faux. Un catalyseur peut intervenir dans des étapes intermédiaires, mais il est régénéré et absent du bilan net.
E — Vrai. Vrai. Les deux plateaux sont à 0,80 mmol ; cette égalité est directement donnée dans l'énoncé.

Méthode à retenir. Comparer à la fois la durée et la hauteur finale des courbes.

Question 11

Première vérification d'un ordre 1

À volume constant, [R] vaut 0,080, 0,040 puis 0,020 mol·L⁻¹ aux dates 0, 100 et 200 s. On envisage d[R]/dt=−k[R]. Quelle proposition est exacte ?

Les données sont compatibles avec un temps de demi-réaction de 100 s dans ce domaine. La réaction s'arrête exactement à t=200 s. Une décroissance linéaire de [R] avec t est montrée par ces données. La loi d'ordre 1 est prouvée pour toutes les concentrations et températures. La constante k a l'unité mol·L⁻¹·s⁻¹.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : A

A — Vrai. Vrai. La concentration est divisée par deux sur chaque intervalle de 100 s, ce qu'attend l'ordre 1.
B — Faux. Faux. Une concentration de 0,020 mol·L⁻¹ reste mesurée ; elle n'est pas nulle.
C — Faux. Faux. Les différences sont −0,040 puis −0,020 mol·L⁻¹ ; elles ne sont pas constantes.
D — Faux. Faux. Trois points compatibles ne démontrent qu'une adéquation limitée aux conditions et au domaine testés.
E — Faux. Faux. Dans d[R]/dt=−k[R], k est une fréquence et son unité est s⁻¹.

Méthode à retenir. Comparer les rapports successifs sur des durées égales.

Question 12

Lire une droite logarithmique

Pour un réactif R, la régression de ln([R]/c°) en fonction du temps t en secondes donne y=−0,020t−2,30 sur le domaine étudié, avec c°=1 mol·L⁻¹. Quelles propositions sont exactes dans le modèle d'ordre 1 ?

L'ordonnée −2,30 est une concentration négative. k=0,020 s⁻¹. [R]₀ est voisin de 0,100 mol·L⁻¹. La pente est exprimée en s⁻¹. La demi-vie calculée vaut environ 35 s.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : B, C, D, E

A — Faux. Faux. C'est le logarithme sans dimension d'un rapport positif inférieur à un, non une concentration physique.
B — Vrai. Vrai. Pour ln([R]/c°)=ln([R]₀/c°)−kt, l'opposé de la pente donne k en s⁻¹.
C — Vrai. Vrai. L'ordonnée à l'origine correspond à ln([R]₀/c°)=−2,30 ; ainsi, après exponentiation, [R]₀=e^−2,30c°≈0,100 mol·L⁻¹.
D — Vrai. Vrai. L'ordonnée logarithmique est sans dimension ; la variation par seconde donne une pente en s⁻¹.
E — Vrai. Vrai. Dans ce modèle, t_1/2=ln2/k=0,693/0,020≈35 s ; la valeur dépend de k.

Méthode à retenir. Relier pente et intercept au modèle logarithmique sans prendre le logarithme d'une unité.

Question 13

Unité de la constante cinétique

Un modèle d'ordre 1 ajusté à des mesures en minutes donne k=0,30 min⁻¹. Un logiciel doit ensuite travailler en secondes. Que peut-on saisir ?

k=18 s⁻¹. On ne peut pas convertir k sans connaître [R]₀. Le temps de demi-réaction serait 0,693/0,30 s. k=5,0 × 10⁻³ s⁻¹. k=0,30 s⁻¹ sans conversion.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : D

A — Faux. Faux. Multiplier par 60 inverse la conversion : une fréquence par minute doit être divisée par 60 pour obtenir par seconde.
B — Faux. Faux. k est une fréquence ; sa conversion entre min⁻¹ et s⁻¹ ne dépend pas de la concentration initiale.
C — Faux. Faux. Le quotient 0,693/0,30 vaut environ 2,31 min lorsque k est en min⁻¹, soit 139 s.
D — Vrai. Vrai. Une minute vaut 60 s ; 0,30 min⁻¹ correspond à 0,30/60=5,0 × 10⁻³ s⁻¹.
E — Faux. Faux. Une même valeur numérique associée à s⁻¹ décrirait une évolution soixante fois plus rapide.

Méthode à retenir. Convertir une unité inverse de temps avant d'entrer la constante dans le logiciel.

Question 14

Données bruitées

Un capteur fournit [R](9 s)=0,061, [R](10 s)=0,060 et [R](11 s)=0,058 mol·L⁻¹. On estime la vitesse de disparition à 10 s par une différence centrée. Que vaut-elle et quelle prudence garder ?

La valeur est une approximation de la tangente locale, sensible au bruit. La valeur de la vitesse est négative parce que [R] diminue. Un arrondi à 0,06 mol·L⁻¹ sur tous les points améliorerait l'estimation. Le point à 10 s est indispensable au numérateur de la différence centrée. L'estimation centrée est 1,5 × 10⁻³ mol·L⁻¹·s⁻¹.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : A, E

A — Vrai. Vrai. Une différence sur deux mesures encadrantes approche la dérivée, mais leurs incertitudes se répercutent sur la pente.
B — Faux. Faux. La dérivée de [R] est négative ; la vitesse de disparition est définie comme son opposé positif.
C — Faux. Faux. L'arrondi effacerait la variation mesurée et rendrait l'estimation de pente beaucoup moins informative.
D — Faux. Faux. La formule centrée utilise les valeurs à 9 et 11 s ; la donnée intermédiaire sert surtout au contrôle.
E — Vrai. Vrai. On utilise les points à 9 et 11 s : −(0,058−0,061)/(11−9)=1,5 × 10⁻³ mol·L⁻¹·s⁻¹.

Méthode à retenir. Former une sécante centrée puis distinguer la pente de la vitesse positive.

Question 15

Résolution temporelle

Une réaction produit un signal qui passe du début au plateau en 0,20 s. Le capteur A enregistre toutes les 5,0 s ; le capteur B toutes les 0,010 s. À quoi peut-on s'attendre si leur réponse propre est assez rapide ?

Le capteur B peut fournir environ vingt points pendant les 0,20 s. Le capteur A suffit nécessairement à déterminer une tangente pendant les 0,20 s. Le capteur B prouve à lui seul un mécanisme microscopique unique. La qualification rapide dépend de l'échelle temporelle de l'observation. Le capteur A risque de ne montrer que les états avant et après la réaction.

Afficher la correction détaillée

Réponse attendue : A, D, E

A — Vrai. Vrai. Le quotient 0,20/0,010 vaut 20 intervalles de mesure, sous réserve de synchroniser le déclenchement.
B — Faux. Faux. Sans plusieurs points dans l'intervalle de réaction, une pente locale ne peut pas être estimée correctement.
C — Faux. Faux. Une série temporelle de signal ne révèle pas directement les actes élémentaires ni leur unicité.
D — Vrai. Vrai. La même évolution apparaît instantanée pour A mais peut être résolue par B dans le protocole annoncé.
E — Vrai. Vrai. L'intervalle de 5,0 s dépasse largement la durée 0,20 s ; l'évolution intermédiaire peut manquer.

Méthode à retenir. Comparer le pas d'acquisition à la durée du phénomène suivi.

Ton bilan

Vérifie les questions une à une pour construire ton bilan.

Une erreur dans ce QCM ? Écris-moi à remi@alors-on-science.com en précisant la question. L’objet du message et le lien vers la banque sont déjà renseignés.

Ton score est calculé dans ton navigateur : il n’est ni enregistré ni envoyé au site.