Francais parti 2

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BACCALAURÉAT GÉNÉRAL

SESSION 2008

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PHYSIQUE-CHIMIE

Série S

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DURÉE DE L’ÉPREUVE : 3 h 30 – COEFFICIENT : 8
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L’usage des calculatrices N’EST PAS autorisé.

Ce sujet ne nécessite pas de feuille de papier millimétré.

Les données sont en italique

Ce sujet comporte un exercice de PHYSIQUE-CHIMIE, un exercice de PHYSIQUE et un exercice de CHIMIE présentéssur 12 pages numérotées de 1 à 12, y compris celle-ci et les annexes.

Les pages d’annexes (pages 11 et 12) SONT À RENDRE AGRAFÉES À LA COPIE même si elles n’ont pas été complétées.

Le candidat doit traiter les trois exercices dans l’ordre qu’il souhaite, ceux-ci étant indépendants les uns des autres.

EXERCICE I. PILES ET APPAREILS NOMADES (6,5 points)

L’utilisation d’appareils nomades(baladeurs, téléphones, ordinateurs portable...) a fait considérablement augmenter les besoins en sources d’énergie mobiles, notamment en piles électriques.
L’exercice étudie le principe d’une pile à hydrogène, puis un prototype de pile miniature et enfin le principe de l’horloge d’un appareil nomade alimenté par une pile.
Les parties 1, 2 et 3 de cet exercice sont indépendantes.

1. Principed’une pile à hydrogène

La pile à hydrogène présente des avantages importants en termes d’environnement (rejets non polluants au cours de son utilisation et absence de nuisance sonore). Elle est constituée de deux électrodes à la surface desquelles ont lieu les réactions chimiques d’oxydoréduction et d’un électrolyte dans lequel se déplacent les ions (voir figure 1).

|[pic]|Figure 1 |

Au niveau de l’électrode 1, les molécules de dihydrogène H2 , provenant d’un réservoir, sont oxydées en ions H +, qui se déplacent dans la solution électrolytique.
Au niveau de l’électrode 2, des électrons, des ions hydrogène H + de l’électrolyte et des molécules de dioxygèneO2 , provenant de l’air ambiant, se combinent pour donner de l’eau.

Données :
couples oxydant/réducteur : H + (aq)/H2 (g) et O2 (g)/H2O ([pic])
Volume molaire d’un gaz Vm dans les conditions d’utilisation de cette pile : Vm = 24 L.mol – 1

1.1. Écrire la demi-équation électronique qui correspond à l’oxydation du dihydrogène.

1.2. Préciser le sens de circulation du courant électrique dans lecircuit extérieur.

1.3. Dans la suite de la partie 1, on écrira l’équation de la réaction modélisant la transformation chimique qui a lieu au sein de la pile lors de son fonctionnement : [pic].
Expliquer pourquoi le dihydrogène est le réactif limitant.

1.4. On note ni (H2 ) la quantité initiale de dihydrogène.
En exploitant la demi-équation de la question 1.1, donner l’expression de laquantité d’électrons échangés n(e –) en fonction de ni (H2 ).

1.5. On note I l’intensité moyenne du courant électrique au cours du fonctionnement de la pile. On suppose que la pile s’arrête de fonctionner lorsque le réactif limitant est épuisé au bout d’une durée notée Δt.
Déterminer l’expression littérale de la quantité de matière ni (H2 ) du réactif limitant en fonction de l’intensité I, de ladurée Δt, de la constante d’Avogadro NA et de la charge élémentaire e.

1.6. Réservoir de stockage
Pour une durée de fonctionnement de 200 h et pour une intensité moyenne du courant électrique débité par la pile égale à 200 A, la quantité de matière du réactif limitant est ni (H2 ) = 7,5 × 10 2 mol.  
1.6.1. Calculer le volume V(H2 ) du réservoir de stockage nécessaire dans lesconditions usuelles de température et de pression.

|Aide au calcul |
|[pic] |[pic] |[pic] |

1.6.2. Au regard de ce résultat, quel inconvénient peut présenter l’utilisation de la pile à hydrogène dans les conditions usuelles de pression et de température ?...
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