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1 11 Questions de type examen Choix multiple Choisis la réponse qui complète le mieux l énoncé ou qui répond le mieux à la question. 1 La quantité d énergie thermique nécessaire pour chauffer,25 kg d eau de 15, C à 45, C est de : a) b) 31,4 J 15,7 kj c) 31,4 kj d) 47,1 kj 2 Des élèves doivent prédire la température finale quand 2 ml d eau à 3 C sont mélangés à 2 ml de glace à 22 C. La meilleure estimation de la température finale est de : a) 22 C T final C b) T final 5 C ; c) C T final 3 C d) 22 C T final 3 C 3 Le nitrométhane est parfois utilisé pour alimenter les motos d accélération. La densité énergétique du nitrométhane (CH 3 CO 3 ) est de 1,5 kj/g. Des scientifiques brûlent 4,5 g de nitrométhane dans un calorimètre de 575 g ayant une capacité thermique de 3,6 J/g C, initialement à une température de 2, C. La température finale du calorimètre est de : a),23 C b) 22,8 C c) 42,8 C d) 296 C Reproduction autorisée Chenelière Éducation inc. chapitre 11 1

2 4 Deux métaux de capacités thermiques différentes sont placés dans un grand volume d eau chaude. Le métal A a une capacité thermique massique supérieure à celle du métal B. Quel énoncé décrit correctement leur température et leur capacité thermique (ou enthalpie)? a) b) Le métal A présente un apport de chaleur inférieur au métal B et la même température. Le métal A présente le même apport de chaleur que le métal B et une température plus élevée. c) Le métal A présente un apport de chaleur supérieur au métal B et la même température. d) Le métal A présente le même apport de chaleur que le métal B et une température inférieure. 5 Une bombe calorimétrique de capacité thermique négligeable est utilisée pour déterminer l enthalpie de combustion de,28 mol d un hydrocarbure. Le calorimètre contient 725 ml d eau initialement à 22, C. Après combustion de tout l hydrocarbure, la température de l eau est de 27,5 C. À l aide de ces données, détermine l enthalpie molaire de la combustion de ce composé. a) b) 4,68 kj 16,7 kj c) 59,7 kj d) 269 kj 6 La photosynthèse et la respiration cellulaire sont la base de la vie. Leurs réactions peuvent être représentées comme suit : Photosynthèse : ΔH 5 x Respiration cellulaire : ΔH 5 y Si la loi de Hess est appliquée à ces réactions, l enthalpie de la réaction nette est : Photosynthèse 1 Respiration cellulaire ΔH 5 a) b) c) 2x 2y d) 22x Reproduction autorisée Chenelière Éducation inc. chapitre 11 2

3 7 Au cours de la photosynthèse, l énergie solaire est emmagasinée dans : a) l eau ; b) le dioxyde de carbone ; c) le glucose ; d) toutes ces réponses. 8 Parmi les énoncés suivants, lesquels sont corrects en ce qui concerne les réactions de photosynthèse et de respiration cellulaire? Réaction Transformation énergétique i Photosynthèse Endothermique ii Photosynthèse Exothermique iii Respiration cellulaire Endothermique iv Respiration cellulaire Exothermique a) i et iii b) ii et iv c) i et iv d) ii et iii 9 Des élèves observent une réaction chimique dans un calorimètre. La température du calorimètre est plus élevée avant la réaction qu après. L énoncé qui décrit le mieux la réaction est : a) A 1 B AB 1 énergie b) A 1 B 1 énergie AB c) AB 1 énergie A 1 B d) AB A 1 B 1 énergie Reproduction autorisée Chenelière Éducation inc. chapitre 11 3

4 Scénario 11.1 L éthanol peut être préparé à partir d éthylène et d eau. 1 Réponds à la question suivante à l aide des informations du scénario À l aide de la loi de Hess et de ton livret de données chimiques, détermine l enthalpie de cette réaction. a) 244,2 kj b) 2225,2 kj c) 233, kj d) 1225,2 kj 11 Réponds à la question suivante à l aide des informations du scénario Le diagramme énergétique qui décrit le mieux cette réaction est : A B C D Reproduction autorisée Chenelière Éducation inc. chapitre 11 4

5 a) A b) B c) C d) D 12 L hydrogène et l oxygène peuvent être produits par l électrolyse de l eau. L équation de réaction est : H 2 O(l) H 2 (g) O 2 (g) Le diagramme énergétique qui représente le mieux cette réaction est : A B H 2 O H 2 ½ O 2 H 2 ½ O 2 H 2 O C D H 2 ½ O 2 H 2 O H 2 O H 2 ½ O 2 a) A b) B c) C d) D Reproduction autorisée Chenelière Éducation inc. chapitre 11 5

6 Réponses numériques 13 L enthalpie de la combustion du toluène (méthylbenzène) est de 4,5 MJ/kg. L enthalpie molaire de la combustion du toluène est de kj/mol. RÉPONSE : Le nitrométhane est parfois utilisé pour alimenter les motos d accélération. La densité énergétique du nitrométhane (CH 3 CO 3 ) est de 1,5 kj/g. L enthalpie molaire de la combustion du nitrométhane est de kj/mol. RÉPONSE : Énumère les similarités et les différences entre une réaction chimique qui présente une variation d enthalpie négative et une réaction chimique qui présente une variation d enthalpie positive. Ta réponse doit inclure : un diagramme de potentiel énergétique avec des axes annotés ; une équation générale avec le terme «énergie» ou une expression ΔH ; un exemple de chaque type de réaction ; la mention selon laquelle de la chaleur est dégagée ou absorbée pendant la réaction. Exemple de RÉPONSE : Variation d enthalpie Chaleur dégagée ou absorbée Réaction exothermique négative dégagée Réaction endothermique positive absorbée Équation générale réactifs produits 1 énergie réactifs 1 énergie produits Exemples combustion, respiration cellulaire, toute réaction de formation exothermique d un tableau de données ou d autres sources photosynthèse, toute réaction de formation endothermique d un tableau de données ou d autres sources Reproduction autorisée Chenelière Éducation inc. chapitre 11 6

7 Diagramme d énergie potentielle d une réaction exothermique : Énergie des réactifs Ep (kj) Exo Énergie des produits Progression de la réaction Le diagramme d énergie potentielle d une réaction endothermique est très similaire, sauf que l énergie des produits est supérieure à l énergie des réactifs : Ep produits réactifs Progression de la réaction 16 Diagramme 11.1 Ep produits réactifs Progression de la réaction Reproduction autorisée Chenelière Éducation inc. chapitre 11 7

8 a) Donne un titre adéquat au diagramme d énergie potentielle ci-dessus et nomme la variation d enthalpie de la réaction. b) Écris l équation générale pour ce diagramme en incluant le mot «énergie». c) Donne un exemple de ce type de réaction. d) L enthalpie molaire de la combustion du butane gazeux, C 4 H 1 (g), est de 22877,3 kj/mol pour produire du dioxyde de carbone gazeux et de l eau liquide. i) Écris l équation équilibrée de la combustion de 1 mol de butane gazeux. ii) Dessine et annote tous les composants du diagramme d énergie potentielle de la combustion de 1 mol de butane. RÉPONSE : a) Titre : Diagramme d énergie potentielle d une réaction endothermique b) réactifs 1 énergie (kj) produits c) Des exemples sont la photosynthèse, les blocs réfrigérants et d autres réactions endothermiques qui ont une variation d enthalpie molaire positive (les élèves peuvent utiliser des valeurs tirées d un livret de données ou des tableaux de l annexe du manuel). d) i) C 4 H 1 (g) O 2 (g) 4 CO 2 (g) 1 5 H 2 O(l) ii) Le diagramme d énergie potentielle pour la combustion de 1 mol de butane Énergie des réactifs Ep (kj) Exo Énergie des produits Progression de la réaction Reproduction autorisée Chenelière Éducation inc. chapitre 11 8

9 17 Indique les similarités et les différences entre les concepts de capacité thermique massique de 1, g d eau liquide et l enthalpie molaire de formation de 1, mol d eau liquide. Ta réponse doit inclure : une définition de chaque concept ; les équations équilibrées ou des valeurs qui justifient ta réponse ; d autres informations pertinentes qui expliquent ta comparaison. Exemple de RÉPONSE : Unités Capacité thermique spécifique J g C Enthalpie molaire de formation kj mol Symbole c Δ f Définition La quantité d énergie nécessaire pour faire varier de 1 C la température de 1 g de substance. La quantité d énergie nécessaire pour former 1 mol de substance à partir de ses éléments à température et à pression normales. Exemple 4,19 J g 3 C ou 4,19 kj kg 3 C Δ f ,8 kj/mol éléments composé L équation Q 5 mc Δ t représente la quantité d énergie thermique transférée. Δ f (exothermique) Δ f (endothermique) 18 i ii iii CO(g) kj C(s) O 2 (g) 1 2 N 2 (g) O 2 (g) 1 9,7 kj NO(g) 1 2 H 2 (g) I 2 (g) HI(g) Δ r 5126 kj/mol HI iv H 2 (g) O 2 (g) H 2 O(g) Δ r kj/mol H 2 O Énumère les similarités et les différences entre les quatre réactions ci-dessus en utilisant tes connaissances sur les variations d enthalpie. Reproduction autorisée Chenelière Éducation inc. chapitre 11 9

10 Ta réponse doit inclure : le type de la réaction chimique ; la mention selon laquelle les réactions sont exothermiques ou endothermiques ; deux autres moyens de communiquer ces quatre réactions ; le classement de ces réactions de la plus grande à la plus petite quantité d énergie dégagée ou absorbée. Exemple de RÉPONSE : Type de réaction : Les réactions ii, iii et iv sont des réactions de formation. La réaction i est une réaction de décomposition. La réaction iv est une réaction exothermique. Les réactions i, ii et iii sont des réactions endothermiques. Exemples d autres moyens de communiquer des variations d enthalpie : 1. Un énoncé de réaction avec la variation d enthalpie molaire Équation i : L enthalpie molaire de la décomposition du monoxyde de carbone est de 1111 kj/mol. 2. Un diagramme d énergie potentielle Le diagramme d énergie potentielle pour l équation ii montrera que l énergie potentielle du système augmente (réaction endothermique). Ep produits réactifs Progression de la réaction Réactions dans l ordre décroissant d énergie absorbée ou dégagée (valeur absolue) : iv, i, ii, iii (243 kj, 111 kj, 9,7 kj, 26 kj) Reproduction autorisée Chenelière Éducation inc. chapitre 11 1

11 19 Quand un échantillon de 1, g de magnésium brûle pour former du MgO dans un calorimètre, 24,5 kj d énergie sont dégagés. a) Écris l équation équilibrée de la combustion du magnésium métallique pour former de l oxyde de magnésium solide. b) Prédis la valeur pour la formation de 1, mol d oxyde de magnésium, MgO(s). c) À l aide des données fournies, calcule l enthalpie molaire expérimentale de la combustion du magnésium. d) Calcule la différence en pourcentage de ces données expérimentales. e) Pourquoi existerait-il un écart entre la valeur prédite et la valeur expérimentale pour la formation de l oxyde de magnésium? Explique l erreur liée à la méthode expérimentale. f) La réaction est-elle exothermique ou endothermique? Indique une observation qui serait notée au cours de l expérience. RÉPONSE : a) Mg(s) O 2 (g) MgO(s) b) Δ f 5 261,6 kj/mol ou 61,6 kj de chaleur sont dégagés pendant la réaction. c) Δ f 5 ΔH n MgO 224,5 kj 5 1, g 3 1 mol 24,31 g kj mol La valeur expérimentale de l enthalpie molaire de la combustion du magnésium est de 2596 kj/mol. d) différence en pourcentage 5 = valeur expérimentale 2 valeur prédite valeur prédite 61,6 kj/mol kj/mol 61,6 kj/mol 1 1 =,93 % e) L erreur expérimentale de la méthode peut être liée à la perte de chaleur dans l environnement et à l impureté de l échantillon de magnésium brûlé. f) La réaction est exothermique parce que de la chaleur ou de la lumière sont produites et que le métal argenté et brillant se transforme en poudre blanche solide. Reproduction autorisée Chenelière Éducation inc. chapitre 11 11

12 2 L enthalpie molaire de la combustion du méthanol gazeux pour former du dioxyde de carbone gazeux et de l eau liquide dans un calorimètre est de 2725,9 kj/mol à 298,15 K. a) Écris l équation chimique équilibrée de la combustion de 1 mol de méthanol en utilisant le terme ΔH. b) Écris l équation chimique équilibrée de la combustion du méthanol sous forme de terme énergétique dans l équation. c) Dessine le diagramme d énergie potentielle de la combustion de 1 mol de méthanol. Annote les axes. d) Calcule la variation d enthalpie prédite pour la combustion de 5, g de méthanol dans une bombe calorimétrique. RÉPONSE : a) CH 3 OH(l) O 2 (g) CO 2 (g) 1 2 H 2 O(l) Δ ch ,9 kj b) CH 3 OH(l) O 2 (g) CO 2 (g) 1 2 H 2O(l) 1 725,9 kj c) Les élèves doivent indiquer le dégagement de chaleur ou la variation d enthalpie dans le diagramme. Énergie des réactifs Ep (kj) Exo Énergie des produits Progression de la réaction d) Δ c H 5 n c 5 5, g kj 1 mol 32,5 g 3 725,9 kj 2 1 mol Reproduction autorisée Chenelière Éducation inc. chapitre 11 12

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