Niveau terminale

Exercice type bac Chimie sur les piles (Tle)

Posté par
delphhh 21-02-09 à 18:40

Bonjour,

voilà j'ai un exercice type bac à faire et je suis un peu perdue
il y a quelques questions que je n'arrive pas à faire notamment le II 3)
et le grand III que je n'ai pas fais :S
Donc je vous donne l'énoncé si vous arrivez à m'aider...

On réalise une pile constituée des éléments suivants :
*plaque d'argent pur trempant dans 100mL d'une solution aqueuse de concentration initiale en ions Ag+ [Ag+](i) = 0 ,20mol.L-1
* plaque de zinc pur trempant dans 100mL d'une solution aqueuse de concentration initiale en ions Zn2+[Zn2+](i) = 0 ,10mol.L-1.
* pont salin au nitrate de potassium
Le volume des plaques métalliques est V = 10 cm3. La fém de la pile vaut 1,50V. Elle reste constante au cours des expériences.
La chaîne électrochimique de la pile s'écrit :
Zn /Zn2+ /Ag+/Ag

I] Sens d'évolution spontanée du système :

1)Equation de la réaction de la pile avec un sens arbitrairement choisi
2)a)Qr,i ?
b) K = 1.10^52 ; En déduire le sens d'évolution spontanée du système chimique.
c) Quelle autre conclusion peut-on tirer de la valeur de K ?
d) Réécrire l'équation de la réaction effective de la pile.

3) a) En déduire les réactions d'électrodes
b) Nature de la cathode et de l'anode

II] Pile en fonctionnement :

1) a) Indiquer la polarité de chaque électrode.
b) Un ampèremètre est inséré dans le circuit extérieur. Sa borne A est reliée à l'argent et sa borne COM au zinc. Quel est le signe de la valeur de l'intensité affichée du courant.

2) a) Rappeler la relation exprimant la différence de potentiel U aux bornes de la pile en fonction de sa fém E, de sa résistance interne r et de I :

b) Lorsque l'on court-circuite les 2 électrodes, on mesure I = 15Ma. En déduire la valeur de la résistance interne r de cette pile.

3) La pile sert maintenant à alimenter un dispositif uniquement résistif avec pour résistance interne R = 150 ohm.
a)Exprimer U de 2 manières et en déduire la valeur de I.
b)Calculer U aux bornes de la pile quand elle débite dans ce dispositif. Comparer U et fém. Ce cas est-il général ?

III] Quantité d'électricité :

1) a) Dresser un tableau descriptif de l'évolution du système chimique de la pile.

b) Déterminer le réactif limitant.

2) Calculer la quantité d'électricité Q ayant traversé le circuit au bout de 5,0h de fonctionnement :

3) Déterminer alors les concentrations des espèces en solution dans chaque compartiment au bout de 5heures

4) Combien de temps la pile pourra-t-elle alimenter le dispositif, si l'on compte une déperdition de 5% de la quantité d'électricité ?

5) Déterminer les concentrations molaire des ions en solution quand la pile est usée.

Données :
*Masses molaires : M(Zn) = 65,4 g.mol-1
M(Ag) = 107,9 g.mol-1

* Densités : d(Zn) = 7,11
d(Ag) = 10,5
masse volumique de l'eau : p(H2O) = 1,0 g.cm-3.

Valeur absolue de la charge d'une mole d'électrons : F = 96500C.mol-1.

Je vous remercie d'avance de votre aide ...

Posté par re : Exercice type bac Chimie sur les piles (Tle) 25-02-09 à 12:46

il y'a une donnée très interessante qui n'a pas été signalé : c'est que K = 1.10⁵²correspont
à l'équilibre:

I)
1)choisissons  arbitrairement un sens telle que:
Zn +2Ag+   =  Zn2+   +2Ag
2)a) $Qr,i =\frac{[Zn^{2+}]}{[Ag^+]^2}=\frac{0,1}{0,2}^2=2,5$
b)Qr < k  => l'équilibre évolue ds le sens de faire augmenter Qr  càd  ds le sens d'augmentation de la cc de Zn2+   => sens direct .
c) la plus grande valeur de k => la réaction est totale.

d)Zn +2Ag+   --> Zn2+   +2Ag.

3)a)au niveau de l'éléctrode de Zinc :
Zn ------------->Zn2+  +2e-
l' oxydation anodique libère les e-
au niveau de l'éléctrode d'argent:

Ag+  +e-   ---> Ag  réduction cathodique la sol d'ag reçoit les e- qui arrivent à travers le circuit extérieur .  => le courant passe ds le sens inverse ( de l'éléctrode d'Ag  vers celle du cuivre).

b)
Ag    -------------> pole +
Cu ----------------> pole-
II)
1°)  - Cu/Cu2+  //  Ag/Ag+ +
b)l'ampèremètre t inséré dans le circuit extérieur. Sa borne A est reliée à l'argent et sa borne COM au zinc. => le signe de la valeur de l'intensité affichée du courant.>0

2) a)
la relation exprimant la différence de potentiel U aux bornes de la pile en fonction de sa fém E, de sa résistance interne r et de I :
U_PN=E-rI.

b) Lorsque l'on court-circuite les 2 électrodes, on mesure I_cc = 15Ma.=> U_PN=0
E-rI_cc=0   => $r=\frac{E}{I_{cc}}=\frac{1,50V}{15.10^6}=10^{-7}$

3) La pile sert maintenant à alimenter un dispositif uniquement résistif avec pour résistance interne R = 150 ohm.a) UPN= RI    et UPN=E-rI
  => E-rI= R.I

$I=\frac{E}{R+r}=0,01A$

b)U =R.I=150.(0,01)=1,5V
c'est la tension aux bornes de la pile quand elle débite dans ce dispositif.
U =E  Ce cas est général .

III

1)a)
$n_o(Ag^+)=[Ag^+].V=0,2mol/L.0,2L=0,02mol \\ n_o(Zn^{2+})=[Zn^{2+}].V=0,1mol/L.0,2L=0,01mol$
$n_o(Zn)=\frac{\rho.V}{M}=\frac{7,11g/cm^3.10cm^3}{65,4g/mol}=1,087mol$
$n_o(Ag)=\frac{\rho.V}{M}=\frac{10,5g/cm^3.10cm^3}{107,9g/mol}=0,97mol$
tableau d'avancement:
Zn     +      2Ag+   -->    Zn2+   +  2Ag
1,087mol        0,02          0,01      0,97
1,087-x        0,02-2x       0,01+x     0,97+2x

b)
Ag+  est le réactif limittant :0,02-2xmax=0
x_max=0,01mol

2)  la quantité d'électricité Q ayant traversé le circuit au bout de 5,0h de fonctionnement .
q=It=0,01.(5).3600)= 180C

3) q=It=n.e   => n=It/e    => $n(e)=\frac{It}{N_A.e}=\frac{It}{F}=\frac{180}{96500}=1,86.10^{-3}mol$

or: aucours du fonctionnement de la pile il y'a réduction des ions Ag+ :
Ag+  +e-   ---> Ag
=> n(Ag+)_{qui disparait}=n(e-)=1,86.10^-3mol
d'après le tableau d'avancement :
n(Zn)_{qui disparait}=2x
=> 2x=1,86.10^-3
d'ou l'avancement après 5 h de fonctionnement est:
x=9,3.10^-4 mol

le tableau d'avancement devient :
Zn     +      2Ag+   -->    Zn2+   +  2Ag
1,087mol        0,02          0,01      0,97
1,087-x        0,02-2x       0,01+x     0,97+2x
1,086        0,019       0,0193     0,972

d'ou  les concentrations des espèces en solution dans chaque compartiment au bout de 5heures:
$[Ag+]=\frac{0,019mol}{0,2L}=0,095mol/L$
$[Zn^{2+}]=\frac{0,0193mol}{0,2L}=0,0965mol/L$

Posté par re : Exercice type bac Chimie sur les piles (Tle) 25-02-09 à 13:16

Je vous remercie beaucoup
j'avais du mal à le terminer...
mais je pense avoir compris maintenant
Merci encore pour votre aide

Posté par re : Exercice type bac Chimie sur les piles (Tle) 25-02-09 à 15:42

bonne chance.

Posté par re : Exercice type bac Chimie sur les piles (Tle) 26-02-09 à 16:00

j'aurais juste une petite question
il y a quelque chose que je ne comprends pas
dans la 3e question du III
je ne comprends pas pourquoi on a cela :

n(Zn)qui disparait=2x
=> 2x=1,86.10-3

si vous pouvez m'éclaircir...
Merci d'avnce

Posté par re : Exercice type bac Chimie sur les piles (Tle) 26-02-09 à 20:46

ce n'était qu'une erreur de tappe , corrigeons  le:

or: aucours du fonctionnement de la pile il y'a réduction des ions Ag+ :
Ag+  +e-   ---> Ag
=> n(Ag+)_{qui disparait}=n(e-)=1,86.10-3mol

d'après le tableau d'avancement :
n(Ag⁺)_{qui disparait}=2x                cette ligne plus exactement
         => 2x=1,86.10-3
d'ou l'avancement après 5 h de fonctionnement est:
x=9,3.10-4 mol

le tableau d'avancement devient :
Zn     +      2Ag+   -->    Zn2+   +  2Ag
1,087mol        0,02          0,01      0,97
1,087-x        0,02-2x       0,01+x     0,97+2x
1,086        0,019       0,0193     0,972

Posté par re : Exercice type bac Chimie sur les piles (Tle) 13-01-11 à 11:58

Bonjour, il y a quelque chose que je ne comprends pas sur la réponse II 2) b.=>

Vous dîtes que r= R/Icc ok.. mais pourquoi Icc = 10^6 ??? Dans l'énoncé on trouve bien Icc= 15mA = 15*10^-3 A... je ne comprends pas trop là.

Et une petite erreur de calcul à signaler pour le grand III, c'est 0.04 mol de Ag+ et non 0.02

Posté par re : Exercice type bac Chimie sur les piles (Tle) 20-02-12 à 14:32

Bonjour; pourriez vous m'aidé?
je ne comprend pas d'ou sort le 10^6 dans la question II 2)b
merci par avance

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