Exercice de bac sciences physiques

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Mars 2005 Nouvelle Calédonie
EXERCICE II. LE DIHYDROGÈNE POUR LA PROTECTION DE L’ENVIRONNEMENT
(6,5 Points)

Les parties 1 et 2 sont indépendantes
Le principe de la pile à combustible, unetechnique déjà ancienne, consiste à utiliser du dihydrogène pour stocker et transporter l’énergie. En effet le dihydrogène semble être le carburant par excellence pour les véhicules du futur, face auxpréoccupations environnementales croissantes.
Une pile à combustible est un assemblage de cellules élémentaires, en nombre suffisant pour assurer la production électrochimique d’électricité dans lesconditions de tension et d’intensité voulues.
1. Principe de fonctionnement d’une cellule élémentaire

De façon générale, le fonctionnement électrochimique d’une cellule élémentaire de pile àcombustible peut être schématisé selon le schéma DE L’ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE.
Chaque cellule élémentaire est constituée de deux compartiments disjoints alimentés chacun en gaz réactifs dioxygène etdihydrogène. Les deux électrodes sont séparées par l’électrolyte, solution qui laisse circuler les ions. Du platine est inséré dans les deux électrodes poreuses.
1.1. Pour cette pile acide, leséquations des réactions aux électrodes s’écrivent :
H2(g) = 2 H+(aq) + 2 e–
O2(g) + 4 H+(aq) + 4 e– = 2 H2O(l)
Des deux gaz réactifs préciser quel est le réducteur et quel est l’oxydant.Justifier la réponse.
Montrer que l’équation de la réaction globale de fonctionnement s’écrit :
2 H2(g) + O2(g) = 2 H2O(l)

1.2. Pour l’environnement quel est l’avantage d’une pile à combustibleutilisant le dihydrogène par rapport à un carburant classique ?
1.3. Des électrodes 1 ou 2, quelle est celle appelée « cathode » ? Justifier.
1.4. Indiquer sur le schéma le sens de circulationdes électrons. En déduire à quelle électrode correspond le pôle positif de la pile et à quelle électrode correspond le pôle négatif.
1.5. Le platine inséré dans les deux électrodes poreuses joue...
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