EXERCICE I. La pile sous toutes ses faces (6,5pts)
Amérique du sud 2008.
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EXERCICE I. LA PILE SOUS TOUTES SES FACES (6,5 points)
Amérique du sud 11/2008 CORRECTION © http://labolycee.org
1. La pile Daniell.
1.1. Voir figure 1 ci-contre.
énoncé :« Lélectrode positive de cette pile est lélectrode de cuivre. »
1.2. oxydation anodique : Zn(s) = Zn2+(aq) + 2 e
réduction cathodique : Cu2+(aq) + 2 e = Cu(s)
1.3. Équation de la réaction de fonctionnement de la pile
Cu2+(aq) + Zn(s) = Cu(s) + Zn2+(aq)
1.4.1. Qr = EMBED Equation.DSMT4
1.4.2. Qr,i = EMBED Equation.DSMT4 = 1
1.4.3. Qr,i < K, le système chimique évolue spontanément dans le sens direct de léquation.
Le zinc se transforme en ions zinc (II) et libère des électrons, la plaque de zinc est la borne négative de la pile.
1.5. Il y a consommation dions Cu2+, donc [Cu2+(aq)] diminue.
Il y a production dions Zn2+, alors [Zn2+(aq)] augmente.
1.6. Les ions du pont salin se déplacent afin de maintenir lélectroneutralité des solutions dans les bechers.
Les cations K+ se déplacent vers la cathode. Les anions NO3 se déplacent vers lanode.
2. Laccumulateur au plomb.
réaction fonctionnement accumulateur en générateur : PbO2(s) + 4 H+(aq) + Pb(s) = Pb2+(aq) + Pb2+(aq) + 2 H2O(l)
2.1. couple Pb2+(aq)/Pb(s) oxydation du plomb Pb(s) = Pb2+(aq) + 2 e
couple PbO2(s) / Pb2+(aq) réduction de loxyde de plomb PbO2(s) + 4 H+ + 2 e = Pb2+(aq) + 2H2O(l)
Remarque : les demi-équations ne sont pas demandées, mais elles sont nécessaires pour vérifier la cohérence des couples avec léquation de la réaction.
On sintéresse dans ce qui suit à la charge de laccumulateur.
2.2.
2.3. Il sagit dune transformation forcée, le générateur impose le sens du courant.
2.4. Le chargeur par son apport dénergie, permet de réaliser la réaction dans le sens inverse au sens dévolution spontanée. Léquation est : Pb2+(aq) + Pb2+(aq) + 2 H2O(l) = PbO2(s) + 4 H+(aq) + Pb(s)
2.5. Spontanément, le système chimique évoluerait dans le sens inverse de la réaction ci-dessus. Qr > K.
Qr diminuerait pour tendre vers K.
La transformation étant forcée, le quotient de réaction augmente et sa valeur séloigne de celle de K.
3. La pile à combustible à hydrogène
3.1. n(H2) = EMBED Equation.DSMT4 avec m en g.
n(H2) = EMBED Equation.DSMT4 = 1,25(103 mol = 1,3(103 mol
3.2. Daprès la demi-équation doxydation de H2 : n(H2) = EMBED Equation.DSMT4 , ou n(e ) = 2.n(H2).
n(e ) = 2(1,25(103 = 2,5(103 mol
3.3. Q = n(e ).F
Q = 2,5(103 ( 9,65(104 = 2,4(108 C
Q = I.(t
I = EMBED Equation.DSMT4
I = EMBED Equation.DSMT4 = 1,0(104 A on utilise la valeur non arrondie de Q, on convertit (t en s
Accumulateur au plomb
Figure 2
Générateur (chargeur)
i
+
cathode Cu
anode Zn
+
R
ions Cu2+(aq)
ions Zn2+(aq)
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
EMBED Equation.DSMT4
Figure 1
I
e
e
consommation des e apportés, il se produit une réduction. Cest la cathode.
libération de, il se produit une oxydation. Cest lanode.
