RENDRE LE SUJET EN ENTIER DANS LA COPIE DOUBLE
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RENDRE LE SUJET EN ENTIER DANS LA COPIE DOUBLE
Professeur : Mondot Le 8/10/2014 Durée : 1H30 DEVOIR SURVEILLE DE SCIENCES PHYSIQUES TLE S SPECIALITE La solution des exercices sera rédigée en faisant attention à l’orthographe et à l’expression écrite. RENDRE LE SUJET EN ENTIER DANS LA COPIE DOUBLE Compétences transversales Mobiliser les connaissances Présenter des résultats d’expériences, appliquer les méthodes : réaliser un tableau, un graphique, réaliser des calculs, étude statistique, écriture scientifique. Valider : Exploiter des documents, des résultats d’expériences, raisonner, résoudre un problème, avoir un sens critique. Communiquer dans un langage scientifiquement approprié à l’oral ou à l’écrit, effectuer un bilan d’expérience(s) C A R E Résolution de problème scientifique SUJET : PROTECTION DU FER PAR ÉTAMAGE Certaines boîtes de conserves alimentaires sont en fer-blanc. Le fer-blanc est un matériau constitué d’une feuille d’acier d’environ 0,2 mm d’épaisseur recouverte d’une couche d’étain d’environ 1 μm d’épaisseur. Cette couche d’étain est déposée par électrolyse. Le sens du courant dans le circuit est imposé par un générateur. L’électrolyte est une solution acidifiée de sulfate d’étain (II), Sn2+(aq) + SO42- (aq) à 43 g.L-1. Des réactions électrochimiques se produisent aux électrodes. On observe notamment un dépôt d’étain sur la plaque d’acier et un dégagement gazeux de dihydrogène H2(g) sur la même électrode. Divers additifs permettent une bonne adhésion de l’étain sur l’acier lors du chauffage final de la plaque après électrolyse. La cathode est constituée de la boîte en fer à étamer de surface totale S = 300 cm2. L’anode est une plaque en étain. L’intensité du courant d’électrolyse vaut I = 2,40 A. Le dépôt réalisé a une épaisseur de 1,00 μm. On admettra pour simplifier que l’élément étain seul réagit aux électrodes. Données : Masse volumique de l’étain : ρSn = 7,30 g.cm-3. Couples rédox : Sn2+(aq) / Sn(s) ; H+(aq) / H2(g). Masse molaire atomique en g.mol-1 : MS = 32,1 ; MO = 16,0 ; MSn = 118,7. 1/2 Professeur : Mondot Le 8/10/2014 Durée : 1H30 Infos : La charge électrique Q qui a circulé entre les deux électrodes lors de l’électrolyse, lorsque le générateur a débité un courant électrique d’intensité I pendant la durée Δt, est : Q = I.Δt avec Q en Coulomb, I en Ampère et Δt en s. Cette charge est liée à la quantité d’électron n(e-), en mol, ayant circulée par la relation: Q = Qm.n(e-) avec Qm la charge transportée par une mole d’électrons : Qm = 9,65.104 C. Problème : Schématiser l’expérience puis déterminer la durée minimale de l’électrolyse. En réalité, la durée nécessaire au dépôt voulu est supérieure à la durée minimale précédente : proposer une explication. QUESTIONS C 1. Faire un schéma annoté de l’expérience. A R E ** 2. Indiquer sur ce schéma où se situent cathode et Anode. ** ** 3. Indiquer de même le sens des charges dans tout le circuit. 4. Pour fabriquer l’électrolyte, nous disposons d’une solution de sulfate d’étain de 1 mol.L-1. D’après le document, que faut-il réaliser pour préparer au mieux cet * * électrolyte ? Vous schématiserez les étapes du protocole en validant le choix du matériel et de la * * ** ** ** ** ** verrerie le plus complétement possible. ** ** ** 5. Ecrire les équations électroniques pour chacune des électrodes. A quel type de transformation correspondent chacune de ces équations ? 6. Vérifier bien qu’il y a bien un dégagement de dihydrogène à l’électrode où se * ** ** dépose l’étain. ** 7. Justifier que le courant peut être quasiment considéré constant pendant toute la durée de l’expérience. 8. Calculer la masse d’étain à déposer pour cette expérience. ** ** 9. A l’aide de l’équation électronique adaptée, en déduire la quantité de charge ** ** ** ** d’électrons nécessaire à l’opération. 10. Calculer alors la durée minimale nécessaire à l’opération d’étamage de la boîte de conserve. 11. En réalité, la durée nécessaire au dépôt voulu est supérieure à la durée minimale précédente : proposer une explication. 2/2 ** **