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À l'anode, il se produit une oxydation. H+(aq) / H2(g) Le réducteur H2 est oxydé suivant la demi-équation : H2(g) = 2 H+(aq) + 2 e? X2. À la cathode, il se produit  ...




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EXERCICE III – Les « éponges » à hydrogène, une révolution ? (5 POINTS)

Questions préliminaires

1. Le document 2 indique que O2 et H2 sont des réactifs et dans les données on trouve les couples d’oxydoréduction.

À l’anode, il se produit une oxydation.
H+(aq) / H2(g) Le réducteur H2 est oxydé suivant la demi-équation :
H2(g) = 2 H+(aq) + 2 e– X2
À la cathode, il se produit une réduction.
O2(g) / H2O(l) L’oxydant O2 est réduit : O2(g) + 4 H+ + 4 e– = 2 H2O(l)
________________________

On obtient l’équation de la réaction globale : 2 H2(g) + O2(g) ( 2 H2O(l)

2. Une borne négative libère des électrons, il s’y produit une oxydation. Le dihydrogène libère des électrons, il est bien présent à la borne négative.
Tandis qu’à une borne positive, des électrons sont consommés lors d’une réduction. Le dioxygène consomme des électrons et est présent à la borne positive comme indiqué sur le schéma du document 2.

3. Problème
« On dispose de galettes à base d'hydrure de magnésium. Combien faudrait-il prévoir de galettes de 760 g pour assurer une autonomie totale de 10 heures au véhicule prototype du document 2 ? Commenter le résultat obtenu et expliquer l’intérêt de ce type de stockage. »

Déterminons la masse de dihydrogène nécessaire :
Quantité de matière d’électrons
Q = n(e-) × F = I × ”t
 EMBED Equation.DSMT4  avec une autonomie de ”t = 10 h = 10×3600 = 3,6×104 s
et une intensité I = 200 A
 EMBED Equation.DSMT4  = 74,6 mol d électrons

Quantité de matière de dihydrogène
D après l équation d oxydation du dihydrogène, on a  EMBED Equation.DSMT4 
 EMBED Equation.DSMT4 
 EMBED Equation.DSMT4  = 37,3 mol
Masse de dihydrogène
 EMBED Equation.DSMT4  donc  EMBED Equation.DSMT4  =  EMBED Equation.DSMT4 
 EMBED Equation.DSMT4  = 74,6 g
Déterminons le nombre de galettes nécessaires pour fournir 74,6 g de H2 :

Le document 2 indique qu’une pression d’alimentation P = 0,3 MPa en dihydrogène est nécessaire.
Pour obtenir cette pression, le graphique 2 montre qu’il faut une température de 320°C.
À une telle température, on calcule le pourcentage massique de dihydrogène libéré avec la formule du graphique 1.
%m(H2) = 0,546 + 0,0165×T
%m(H2) = 0,546 + 0,0165×320 = 5,826 %

On peut alors calculer la masse de dihydrogène que libère une galette de masse mgalette = 760 g.
 EMBED Equation.DSMT4 
 EMBED Equation.DSMT4 
 EMBED Equation.DSMT4  = 44,3 g par galette

On trouve qu’il faut  EMBED Equation.DSMT4  = 1,69 galettes.
Les galettes ne semblent pas fractionnables, ainsi il faut 2 galettes.
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