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
**
**