ÉNERGIE ET CINÉTIQUE CHIMIQUE

Questionnaire FORME C CHI-5042-2 ÉNERGIE ET CINÉTIQUE CHIMIQUE Lise Allard Commission Scolaire Chemin du Roy Avril 2004 Révision mars 2013

Utilisez la figure suivante pour répondre aux questions 1 à 7. (5) (6) H 2 O (g) (3) (4) (2) H 2 O (l) H 2 O (s) (1) 1. Identifiez l'association qui NE convient PAS. a) Le vecteur (1) représente une fusion. b) Le vecteur (2) représente une solidification. c) Le vecteur (3) représente une vaporisation. d) Le vecteur (4) représente une cristallisation. e) Le vecteur (5) représente une sublimation. 2. Quel vecteur pourrait représenter une ébullition? a) 6 b) 5 c) 4 d) 3 e) 2 3. Identifiez l'expression correcte pour exprimer l'échange thermique lors de la transformation représentée par le vecteur (1). a) Chaleur de vaporisation b) Chaleur de solidification c) Chaleur de sublimation d) Chaleur de cristallisation e) Chaleur de fusion 2

4. Identifiez les transformations endothermiques. a) Les vecteurs 1, 2, 3 b) Les vecteurs 4, 5, 6 c) Les vecteurs 1, 3, 5 d) Les vecteurs 2, 4, 6 e) Les vecteurs 2, 4, 5 5. Identifiez le phénomène qui demande là plus de chaleur. a) Le vecteur (1) b) Le vecteur (2) c) Le vecteur (3) d) Le vecteur (4) e) Le vecteur (5) 6. Identifiez le phénomène exothermique. a) La sublimation b) La solidification c) L'évaporation d) La fusion e) L'ébullition 7. Quel vecteur représente le passage de la phase la plus dense à la moins dense? a) 1 b) 2 c) 3 d) 4 e) 5 3

8. Une boule de jeu de quilles roule le long d'une rampe de retour vers le quilleur, comme le montre le schéma ci-dessous. C B D E A La loi de la conservation de l'énergie nous amène à déduire que a) l'énergie cinétique de la boule est à son maximum au point B. b) l'énergie potentielle de la boule est à son maximum au point E. c) l'énergie cinétique de la boule est plus grande au point A qu'au point E. d) l'énergie potentielle de la boule est plus grande au point D qu'au point C. 9. La combustion du gaz propane produit du gaz carbonique et de la vapeur d'eau et libère de l'énergie.laquelle des équations non équilibrées traduit le mieux cette transformation? a) C 3 H 8(g) + Énergie CO 2(g) + H 2 O (g) b) CO 2(g) + H 2 O (g) + Énergie C 3 H 8(g) + O 2(g) c) C 3 H 8(g) + 5O 2(g) 3CO 2(g) + 4H 2 O (g) d) C 3 H 8(g) + 5O 2(g) 3CO 2(g) + 4H 2 O (g) + Énergie 10. Soient les équations suivantes : 2H 2 O (g) + 484 kj 2H 2(g) + O 2(g) H 2 O (s) + 6 kj H 2 O (l) H 2 O (l) + 40,6 kj H 2 O (g) 2H 2(g) + O 2(g) 2H 2 O (g) + 484 kj D'après les informations contenues dans les équations ci-dessus, on peut déduire que : a) la décomposition et la formation d'une mole d'eau implique la même quantité d'énergie. b) La fusion d'une mole de glace exige plus d'énergie que l'ébullition d'une mole d'eau. c) La condensation d'une mole de vapeur d'eau libère 6 kj. d) La solidification d'une mole d'eau liquide absorbe 6 kj. 4

11. On chauffe graduellement un morceau de fer de 25 C à 75 C. Quel est le type d'énergie qui changera le plus au cours du chauffage de ce solide? a) L'énergie potentielle entre les atomes b) L'énergie cinétique de rotation c) L'énergie cinétique de translation d) L'énergie cinétique de vibration e) L'énergie chimique de liaison 12. Quelle énergie une molécule possède-t-elle en vertu de ses mouvements? a) Énergie cinétique b) Énergie thermique c) Énergie nucléaire d) Énergie d'ionisation e) Énergie chimique 13. Que se passe-t-il au niveau molélaire lorsque l'on mélange de l'eau chaude (80 C) avec de l'eau froide (10 C) en quantité égale? a) Les particules d'eau chaude transfèrent une partie de leur énergie aux particules de l'eau froide. b) Les particules d'eau froide transfèrent une partie de leur énergie aux particules de l'eau chaude. c) Il n'y a aucun échange d'énergie entre les particules d'eau chaude et d'eau froide d) Les particules d'eau chaude et d'eau froide s'échangent de l'énergie entre elles. 5

14. Les représentations moléculaires suivantes représentent des changements de phase. Nommez-les. a) + H b) + H 15. Au laboratoire, on demande à un élève de faire fondre, le plus rapidement possible, une certaine quantité de glace. Celui-ci sait très bien qu'il devra trouver de l'énergie calorifique pour que la glace puisse se liquéfier. De plus, son professeur lui fournit l'équation suivante : H 2 O (s) + énergie H 2 O (1) 1 g 355 J 1 g Lesquels des énoncés suivants correspondent à cette équation? a) 1, 4 et 5 b) 1 et 5 c) 3, 4 et 5 d) 3 et 6 1. La fusion d'une mole de glace absorbe 335 J. 2. La fusion d'une mole de glace dégage 0,335 kj. 3. L'eau et la glace n'ont pas la même énergie interne. 4. L'enthalpie de l'eau est supérieure à celle de la glace. 5. Le H de cette réaction est de 6,39 kj / mole. 6. Le H de cette transformation est négatif. 6

16. Le propane, un hydrocarbure combustible, peut être fabriqué à partir de carbone et d'hydrogène selon la réaction suivante : 3C + 4H 2 C 3 H 8 + 104 kj Sachant que 15 grammes de carbone ont participé à cette réaction, quelle est la variation d'enthalpie totale pour faire l'opération? 17. Lequel des énoncés suivants est vrai concernant la variation d'enthalpie d'une réaction? a) La variation d'enthalpie d'une réaction endothermique est positive. b) La variation d'enthalpie d'une réaction endothermique est négative. c) La variation d'enthalpie d'une réaction exothermique est positive. d) La variation d'enthalpie d'une réaction exothermique est nulle. 18. Déterminer la quantité de chaleur produite par la combustion de 4 g de CH 4, à l'aide des données calorimétriques suivantes : Volume d'eau : 1,00 litre Température initiale de l'eau : 20,0 C Température finale de l'eau : 32,0 C Capacité thermique de l'eau : 4,18 J/g C Équation de la réaction : CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O 19. La combustion de 8 grammes de méthane ( CH 4 ) a fait élever la température de 1 L d'eau de 20 C à 30 C. (C eau = 4,2 J/ g. C) Que vaut la chaleur molaire de combustion du méthane? a) 42 000 J / mole b) 84 000 J / mole c) 336 000 J / mole d) 672 000 J / mole 7

20. On dissout de NaOH (s) dans l'eau. Masse de NaOH (s) utilisée Masse d'eau dans le calorimètre 2,00 g 100 g Variation de la température de l'eau 5,0 C Chaleur massique de l'eau 4,19 J/g C Quelle est la quantité de chaleur libérée lors de la dissolution des 2,00 g de NaOH dans l'eau? 21. Un calorimètre reçoit 9 450 J de chaleur grâce à la réaction de dissolution d'une base dans l'eau. Compte tenu du fait que toute la chaleur servira uniquement à chauffer l'eau du calorimètre qui a une masse de 150 g, quelles sera la variation de température que subira l'eau?(capacité thermique de l'eau = 4,2 J/g C) 22. En vous servant des équations suivantes: C (s) + 3H 2(g) C 2 H 6(g) H = 84,7 kj/mol de C 2 H 6 C (s) + O 2(g) CO 2(g) H = 393,5 kj/mol de CO 2 H 2(g) + 1/2O 2(g) H 2 O (g) H = 241,8 kj/mol de H 2 O Calculez la chaleur molaire de combustion de l'éthane (C 2 H 6 ) C 2 H 6(g) + O 2(g) CO 2(g) + H 2 O (g) 23. En vous référant à la table des données suivantes: Réaction Chaleur de réaction, H ( kj/mol de produit ) 2H (g) H 2 (g) 437,6 2O (g) O 2 (g) 496,8 C (s) + 2H 2 (g) CH 4(g) 75,2 C (g) + 4H (g) CH 4(g) 1 671,6 H 2(g) + ½O 2(g) H 2 O (g) 242,7 Calculez le H en kj/mol de CH 4(g) pour la réaction représentée par l'équation: C(s) + 4 H(g) CH 4 (g) 8

Pour les questions 24 à 27 se référer au diagramme d'énergie suivant : B C A D Progression de la réaction 24. À quel type d'énergie correspond la zone A sur le graphique? a) Énergie de la réaction ( H) b) Énergie potentielle du complexe activé c) Énergie des réactifs d) Énergie d'activation 25. À quoi correspond le point B sur le graphique? a) Au complexe activé b) Aux réactifs c) Aux produits d) À la réaction globale 26. À quelle quantité peut-on associer la lettre C sur le graphique? a) À l'énergie d'activation b) À la chaleur de réaction ( H) c) À la variation d'enthalpie d) à l énergie des réactifs 9

27. La zone D correspond à quel type d'énergie? a) Énergie des réactifs b) Chaleur de réaction ( H) c) Énergie d'activation d) Énergie des produits 28. Soit le diagramme de l'énergie potentielle en fonction de la réaction : SO 2(g) + NO 2(g) SO 3(g) + NO (g) 60 35 25 10 0 Étape 1 Étape 2 Quelle est la valeur de la chaleur de la réaction directe? 29. Lequel des énoncés suivants définit correctement un "complexe activé "? a) Une courbe d'énergie potentielle b) Un groupe moléculaire de transition à grande énergie c) Une courbe d'énergie cinétique d) Un arrangement atomique instable à faible énergie e) Un arrangement atomique stable à faible énergie Pour répondre aux questions 30 à 35, se référer au diagramme du numéro 28. 30. Quelle est l'enthalpie du complexe activé a l'étape 1? 31. Quelle est l'enthalpie du complexe activé a l'étape 2? 10

32. Quelle est l'énergie d'activation à l'étape 1? 33. Quelle est l'énergie d'activation à l'étape 2? 34. Quelle est l'étape déterminante de la vitesse de la réaction globale? 35. Est-ce que la réaction directe est exothermique? Répondre aux questions 36 à 42 à l'aide du diagramme Le diagramme ci-dessous représente la variation d'enthalpie au cours de la réaction chimique suivante : C (s) + 2H 2(g) ENTHALPIE (kj/mol) CH 4(g) 72 60 50 20 Trait plein : sans catalyseur En pointillé : avec catalyseur PROGRESSION DE LA RÉACTION 36. Quelle est l'enthalpie des réactifs? 37. Quelle est l'enthalpie des produits? 38. Quelle est la variation d'enthalpie de la réaction? 39. Quelle est l'énergie du complexe activé de la réaction non catalysée? 40. Quelle est l'énergie du complexe activé de la réaction catalysée? 41. Quelle est l'énergie d'activation de la réaction non catalysée? 42. Quelle est l'énergie d'activation de la réaction catalysée? 11

43. Les courbes ci-dessous représentent une réaction chimique réalisée avec et sans catalyseur. Enthalpie 1 4 2 3 Progression de la réaction Lequel des vecteurs définit le mieux l'énergie minimale de la réaction inverse non catalysée? Se référer aux courbes pour répondre aux questions 44 à 48. Les courbes suivantes tracées à partir de données de laboratoire représentent la distribution de l'énergie des molécules à une température donnée : NOMBRE DE MOLÉCULE SEUIL D ÉNERGIE MINIMALE ÉNERGIE 1 2 44. Quel effet produira sur le système l'addition d'un catalyseur positif? a) Il changera la forme de la courbe. b) Il diminuera le nombre de molécules ayant cette énergie minimale. c) Il diminuera le nombre de collisions efficaces. d) Il déplacera le seuil d'énergie minimale vers la droite. e) Il déplacera le seuil d'énergie minimale vers la gauche. 12

Vrai ou faux 45. La courbe 2 en pointillée représente la distribution de l'énergie des molécules lorsque la réaction se déroule à une température plus élevée. 46. La région située à gauche du seuil d'énergie correspond aux molécules qui n'ont pas suffisamment d'énergie pour se transformer. 47. La réaction 1 se fera à une plus grande vitesse que la réaction 2. 48. Ces courbes représentent une distribution de Maxwell-Boltzman. 49. Voici quatre courbes de distribution d'énergie cinétique d'une réaction s'effectuant à une température donnée, mais en présence de quatre catalyseurs différents (E représente l'énergie minimale). Identifie le graphique qui représente la réaction la plus rapide. E E NOMBRE DE PARTICULES NOMBRE DE PARTICULES ÉNERGIE CINÉTIQUE ÉNERGIE CINÉTIQUE E E NOMBRE DE PARTICULES NOMBRE DE PARTICULES ÉNERGIE CINÉTIQUE ÉNERGIE CINÉTIQUE 13

50. Parmi les effets suivants, lequel (lesquels) est (sont) du(s) à une augmentation de température pendant une réaction chimique entre des molécules en phase gazeuse? I. Augmentation du nombre de collisions II. Augmentation de la vitesse de chaque molécule III. Augmentation de l'énergie cinétique de chaque molécule IV. Augmentation du nombre de collisions efficaces a. I seulement b. II et III seulement c. I, II et IV seulement d. I, II, III et IV 51. L'équation ci-dessous représente la combustion du carbone. C (s) + O 2(g) CO 2(g) + 394 kj Parmi les énoncés suivants, lesquels définissent la vitesse de cette réaction? I. C est la masse du dioxyde de carbone produite au cours de la réaction. II. C'est le nombre de moles de C (s) transformé par unité de temps. III. C'est le volume d'oxygène, O 2, consommé par unité de temps. IV. C'est le temps requis pour libérer 394 kj d'énergie. a) I et II b) I et IV c) II et III d) III et IV 52. Pourquoi un journal brûle-t-il plus vite si on prépare les pages les unes des autres? a) Les propriétés du papier ont changé. b) La concentration de dioxygène est différente. c) La surface de contact avec l'air a changé. d) La température d'ignition est modifiée. 53. Pendant une séance de laboratoire portant sur la vitesse d'une réaction chimique, un étudiant décide d'augmenter le chauffage de son mélange réactif. Quel effet produira cette élévation de température? a) Une augmentation de la valeur de l'énergie d'activation b) Une diminution de la vitesse de réaction c) Un déplacement plus lent des molécules gazeuses d) Une augmentation de nombre de collisions efficaces e) Un déplacement du seuil de l'énergie minimale 14

54. Les travaux de Maxwell et Boltzman sur la distribution des énergies moléculaires ont apporté une contribution très importante au développement de la chimie. Expliquez comment ces travaux ont été des outils puissants pour les chercheurs. 55. Dans une centrale hydroélectrique, un barrage retient l eau d un réservoir. On ouvre les vannes du barrage. En tombant dans la conduite forcée, l eau perd de la hauteur et gagne de la vitesse. L eau entre à grande vitesse dans une turbine et la fait tourné. En tournant, la turbine entraîne l arbre de l alternateur qui produit de l électricité. Nommez et expliquez les quatre transferts d énergie cités dans le texte. 56. Expliquez de quelles façons l étude des changements de phase a permis de faire progresser nos connaissances en chimie. 57. Les enzymes sont des substances complexes qui participent aux processus biologiques et que l on retrouve intactes une fois les réactions complétées. La ptyaline, présente dans la salive, est une molécule qui accélère la digestion de l amidon. Elle facilite aussi la décomposition de l amidon en sucre. Expliquez le rôle de cet enzyme. 58. L industrie chimique met en application les principes de la cinétique chimique afin d obtenir les produits le plus rapidement possible et que ces derniers coûtent les moins chers. Donnez des moyens pour augmenter une vitesse de réaction. 15