Exercices corrigés -Suivi et Vitesse d'une réaction
Les réactions acido-basiques : Exercices corrigés
Exercices Corrigés : Dosage acido-basique
Transformations forcées - Electrolyse
Exercices résolus Etude des piles : 2 BAC BIOF.
Sciences physiques, SVT et sciences mathématiques
Série d'exercices :Transformations spontanées et production d'énergie dans les piles - étude des piles électrochimiques.
Le fonctionnement des piles est basé sur la conversion d'une partie de l'énergie chimique en énergie électrique. Cet exercice se propose d'étudier le principe de fonctionnement de la pile aluminium-zinc.
Cette pile est constituée des éléments suivants :
Un bécher contenant une solution aqueuse de sulfate d’aluminium 2Al3+(aq) +3SO42-(aq) de volume V1 =0,15L et de concentration effective initiale en ions Al3+ : [Al3+(aq)]i =10-1mol.L-1 ;
Un bécher contenant une solution aqueuse de sulfate de zinc Zn2+(aq) +SO42-(aq) de volume V2=0,15L et de concentration effective initiale en ions Zn2+ : [Zn2+(aq)]i =10-1mol.L-1 ;
Une plaque d’aluminium ; une plaque de zinc et un pont salin.
Lorsqu’on monte en série, entre les pôles de la pile, un ampèremètre et un conducteur ohmique, un courant électrique, d’intensité considérée constante I=0,2A, circule dans le circuit .(la figure 1).
Donnée : 1F=96500C.mol-1 .
Figure 1
On se propose d’étudier une pile électrochimique, cette pile est constituée :
D’une électrode en chrome (Cr) plongée dans une solution aqueuse de nitrate de chrome (III) Cr3+(aq) +3NO3-(aq) ;
D’une électrode en argent (Ag) plongée dans une solution aqueuse de nitrate d’argent Ag+(aq) + NO3-(aq) ;
D’un pont salin qui relie les deux solutions.
On branche un conducteur ohmique en série avec un ampèremètre, et on place le dipôle, ainsi constitué, entre les pôles de la pile (la figure 2).
L’ampèremètre indique le passage d’un courant électrique, d’intensité constante, dans le circuit.
Après due durée t de fonctionnement de la pile, on observe un dépôt sur l’électrode d’argent et une diminution de la masse de l’électrode de chrome.
Figure 2
Données : Masse molaire du chrome : M(Cr)=52g.mol-1 et 1F=96500C.mol-1 .
On étudie la pile diiode-zinc qui fait intervenir les deux couples ox/red : Zn2+(aq) / Zn et I2(aq) /I-(aq).
On la constitue de deux compartiments liés par un pont salin (papier filtre imbibé d’une solution de chlorure de potassium K+(aq) + Cl-(aq) ).
Le premier compartiment est constitué d’une lame de zinc plongée dans un volume V=100mL d’une solution aqueuse de sulfate de zinc Zn2+(aq) +SO42-(aq) de concentration molaire initiale [Zn2+(aq)]i =C0=10-1mol.L-1 .Le deuxième compartiment est constitué d’une lame de platine (Pt) plongée dans un volume V=100mL d’un mélange (S) contenant une solution de diiode I2(aq) et une solution d’iodure de potassium K+(aq) + I-(aq) dont les concentrations molaires initiales dans (S) sont : [I2(aq)]i = C1=0,10 mol.L-1 et [I-(aq)]i=C2=5,0.10-2mol.L-1.
La partie immergée de la lame de zinc est en excès et lorsque la pile fonctionne l’électrode de platine ne subit aucune réaction.
Données :
Le faraday : 1F=96500C.mol-1 .
La constante d’équilibre associée à l’équation de la réaction : est K=1046 à 25°C .
On monte en série avec la pile un conducteur ohmique (D), un ampèremètre (A) et un interrupteur (k).
A un instant de date t0,on ferme le circuit, l’ampèremètre indique alors le passage d’un courant électrique d’intensité considérée constante I0=70mA.
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