Bac S 2017 Pondichéry Spécialité correction © http://labolycee.org ...

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EXERCICE III - Les « éponges » à hydrogène, une révolution ? (5 POINTS) Questions préliminaires 1. Le document 2 indique que O2 et H2 sont des réactifs et dans les données
on trouve les couples d'oxydoréduction. À l'anode, il se produit une oxydation.
H+(aq) / H2(g) Le réducteur H2 est oxydé suivant la demi-équation : H2(g) = 2 H+(aq) + 2 e-
X2
À la cathode, il se produit une réduction.
O2(g) / H2O(l) L'oxydant O2 est réduit : O2(g) + 4 H+ + 4 e- = 2
H2O(l)
________________________ On obtient l'équation de la réaction globale : 2 H2(g) + O2(g) ( 2 H2O(l) 2. Une borne négative libère des électrons, il s'y produit une oxydation.
Le dihydrogène libère des électrons, il est bien présent à la borne
négative.
Tandis qu'à une borne positive, des électrons sont consommés lors d'une
réduction. Le dioxygène consomme des électrons et est présent à la borne
positive comme indiqué sur le schéma du document 2. 3. Problème
« On dispose de galettes à base d'hydrure de magnésium. Combien faudrait-il
prévoir de galettes de 760 g pour assurer une autonomie totale de 10 heures
au véhicule prototype du document 2 ? Commenter le résultat obtenu et
expliquer l'intérêt de ce type de stockage. » Déterminons la masse de dihydrogène nécessaire :
. Quantité de matière d'électrons
Q = n(e-) × F = I × ?t
[pic] avec une autonomie de ?t = 10 h = 10×3600 = 3,6×104 s
et une intensité I = 200 A
[pic] = 74,6 mol d'électrons . Quantité de matière de dihydrogène
D'après l'équation d'oxydation du dihydrogène, on a [pic]
[pic]
[pic] = 37,3 mol
. Masse de dihydrogène
[pic] donc [pic] = [pic]
[pic] = 74,6 g
Déterminons le nombre de galettes nécessaires pour fournir 74,6 g de H2 : Le document 2 indique qu'une pression d'alimentation P = 0,3 MPa en
dihydrogène est nécessaire.
Pour obtenir cette pression, le graphique 2 montre qu'il faut une
température de 320°C.
À une telle température, on calcule le pourcentage massique de dihydrogène
libéré avec la formule du graphique 1.
%m(H2) = 0,546 + 0,0165×T
%m(H2) = 0,546 + 0,0165×320 = 5,826 % On peut alors calculer la masse de dihydrogène que libère une galette de
masse mgalette = 760 g.
[pic]
[pic]
[pic] = 44,3 g par galette On trouve qu'il faut [pic] = 1,69 galettes.
Les galettes ne semblent pas fractionnables, ainsi il faut 2 galettes.
Ce résultat semble réaliste.
Intérêt du stockage dans une galette métallique :
Les galettes, de par leur faibles masse et volume, permettent de
s'affranchir des problèmes d'autonomie pour les véhicules électriques. Les galettes absorbent et restituent le dihydrogène, le processus est
présenté comme étant simple.