AP 2 - TS Piles et conversion de l`énergie – Correction - Bougaud-free

AP 2 - TS
Piles et conversion de l’énergie – Correction
I. QCM
1.a. et 1.c. 85 % de l’énergie consommée dans le monde provient de ces ressources.
2.a et 2 b, il fonctionne comme un générateur lors de sa décharge et comme un récepteur lors de sa charge.
3.c L’oxydant se transforme en réducteur ou inversement. Les électrons n’apparaissent pas dans l’équation.
4.a. et 4.d. L’oxydation se produit à l’anode.
5.a et 5.b. Ils se déplacent dans les métaux : les fils électriques et les électrodes.
II. La pile cuivre-zinc
1. Schéma
1.1. Voir ci-contre
1.2. Cu2+(aq) + 2 e− = Cu (s) .
2.
2.1. Les électrons sont consommés à l’électrode de cuivre : ils se déplacent de
l’électrode de zinc vers celle de cuivre. Le courant électrique circule dans le sens opposé des électrons, c’està-dire de l’électrode de cuivre vers l’électrode de zinc.
2.2. Le courant électrique circule du pôle positif vers le pôle négatif de la pile. L’électrode de cuivre est donc le
pôle positif de la pile et l’électrode de zinc, le pôle négatif.
3. Zn (s) = Zn2+(aq) + 2 e−.
4. Zn (s) + Cu2+(aq) = Cu (s) + Zn2+(aq)
4.1. Calcul des quantités de matière :
m(Cu)
Ions Cu2++ : [Cu2+] = C1 donc ni(Cu2+) = C1·V1 = 1,0 10−2 mol ; Cuivre : ni(Cu) =
= 7,9 10−2 mol.
M(Cu)
m(Zn)
Ions Zn2+ : [Zn2+] = C2 donc ni(Zn2+) = C2·V2 = 1,0 10−2 mol. Zinc : ni(Zn) =
=7,6 10−2 mol
M(Zn)
4.2. 1,0 10−2 < 7,6 10−2 soit ni(Cu2+) < ni(Zn) donc Cu2+(aq) est le réactif limitant et xmax = 1,0 10−2 mol.
4.3. mf(Cu) = nf(Cu)·M(Cu). = [ni(Cu) + xmax] M(Cu), soit mf(Cu) = 5,7 g.
4.4. mf(Zn) = nf(Zn) · M(Zn) = [ni(Zn) − xmax] M(Zn), soit mf(Zn) = 4,3 g
III. Conversion de l’énergie.
1.
2.
2.1. Voir ci-contre
2.2. Le moteur, l’alternateur, le démarreur électrique et la batterie
réalisent des conversions entre formes d’énergie.
3.
3.1. Lors de son fonctionnement, le moteur chauffe : sa température augmente.
3.2. Une partie de l’énergie chimique est donc convertie sous forme d’énergie thermique.
4.
4.1.
4.2.
2 C8H18 (l) + 25 O2 (g) → 18 H2O (g) + 16 CO2 (g) .
Les produits de la combustion sont l’eau et le dioxyde de carbone. L’émission de dioxyde de carbone dans
l’atmosphère participe au réchauffement climatique.
5.1.
Une batterie peut se recharger : cela contribue à limiter les déchets (la batterie peut être réutilisée) et limite
les manipulations techniques par l’utilisateur.
1,00 g d’essence correspond à 0,343 g de dihydrogène, donc 20 millions de tonnes d’essence correspondent à
0,343 20,0 109 = 6,86 109 kg de dihydrogène. La formation d’un gramme de dihydrogène nécessite une
énergie de 82,4 Wh, donc la production de 6,86 millions de tonnes de dihydrogène nécessitent une énergie de
6,86 106 106 82,4 = 565 1012 Wh, soit 565 TWh.
Il est inenvisageable de convertir le parc automobile français à cette technologie : la production
correspondante de dihydrogène réclamerait l’énergie de 80 réacteurs nucléaires, alors que la France en
compte seulement 58 actuellement.
5.
5.2.
5.3.
6.
Voiture électrique
Avantages
Pas d’émission de dioxyde de carbone
en fonctionnement
Voiture à essence
Grande autonomie.
30/09/2013
Inconvénients
Nécessite une très importante production d’électricité.
Encombrement des batteries dans le cas d’une voiture à
accumulateurs.
Utilisation d’énergie fossile non renouvelable.
Émission de CO2 lors du fonctionnement
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