Pile
Piles et électrolyseurs - Physique-Chimie Spécialité
Exercice 1 : Étudier le fonctionnement d'une pile et estimer son autonomie
Le but de cet exercice est de décrire le fonctionnement d'une pile puis d'étudier une application de celle-ci. On considère deux demi-piles et une solution d'électrolyte basique assurant le contact entre celles-ci.
- - Demi-pile 1 : \( Cr^{2+}(aq) \longrightarrow Cr^{3+}(aq) + e^{-} \)
- - Demi-pile 2 : \( Au^{3+}(aq) + 3e^{-} \longrightarrow Au(s) \)
On utilisera le symbole \( \longrightarrow \) du clavier virtuel.
Exemple de réponse : \( Fe^{3+}(aq) \)
On cherche maintenant à déterminer l'autonomie d'un appareil alimenté par ce type de pile. Pour cela on réalise une expérience de décharge de celle-ci dans un circuit comportant une résistance \( R = 13\:\text{Ω} \). On enregistre la valeur de la tension \( U \) aux bornes de cette résistance en fonction du temps.
On donnera le résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
On donnera le résultat en secondes et avec 3 chiffres significatifs.
Exercice 2 : Déterminer le temps nécessaire pour déposer un métal sur une surface métallique par électrolyse (Aire anode, js)
Pour produire de l'aluminium, on effectue une électrolyse d'alumine dans un bain de cryolithe, servant de solvant. Aux alentours de \( 1\:000\text{°C} \), l'alumine se transforme en aluminium. On trempe alors des paires d'électrodes dans le bain.
On dispose de \( 11 \) paires d'électrodes, parcourues par des courants de même intensité
\( I \).
Chaque anode a une aire \( A = 0\mbox{,}61\:\text{m}^{2} \) et est traversée par un courant de densité \( j_S =
\dfrac{I}{S} = 0\mbox{,}71\:\text{A}\mathord{\cdot}\text{cm}^{-2} \)
L'équation d'oxydation à l'anode s'écrit :
\[ C + 2O^{2-} = CO_2 + 4e^- \]
- Constante de Faraday : \( F = 9\mbox{,}65 \times 10^{4}\:\text{C}\mathord{\cdot}\text{mol}^{-1} \)
- Masse molaire de l'aluminium : \( 13\:\text{g}\mathord{\cdot}\text{mol}^{-1} \)
On utilisera le symbole \( \longrightarrow \) du clavier virtuel.
On donnera le résultat en secondes, avec deux chiffres significatifs, et suivi de l'unité qui convient.
Exercice 3 : Faire un tableau d'avancement d'une réaction chimique (Pile)
L'électrode de cuivre a une masse \(m_1 = 7 g\), l'électrode de plomb une masse \(m_2 = 12 g\).
Masse molaire du plomb: \(207,2 g\mathord{\cdot}mol^{-1}\)
Masse molaire du cuivre: \(63,546 g\mathord{\cdot}mol^{-1}\)
Compléter le tableau d'avancement de la réaction. On appelera X l'avancement en \(mol\).
On arrondira toutes les quantités de matières à \(10^{-2} \: mol\) près.
Exercice 4 : Étudier le fonctionnement d'une pile et estimer son autonomie
Le but de cet exercice est de décrire le fonctionnement d'une pile puis d'étudier une application de celle-ci. On considère deux demi-piles et une solution d'électrolyte basique assurant le contact entre celles-ci.
- - Demi-pile 1 : \( MnO_{4}^{-}(aq) + 8H^{+}(aq) + 5e^{-} \longrightarrow Mn^{2+}(aq) + 4H_{2}O \)
- - Demi-pile 2 : \( Pb(s) + SO_{4}^{2-}(aq) \longrightarrow PbSO_{4}(s) + 2e^{-} \)
On utilisera le symbole \( \longrightarrow \) du clavier virtuel.
Exemple de réponse : \( Fe^{3+}(aq) \)
On cherche maintenant à déterminer l'autonomie d'un appareil alimenté par ce type de pile. Pour cela on réalise une expérience de décharge de celle-ci dans un circuit comportant une résistance \( R = 11\:\text{Ω} \). On enregistre la valeur de la tension \( U \) aux bornes de cette résistance en fonction du temps.
On donnera le résultat avec 3 chiffres significatifs et suivi de l'unité qui convient.
On donnera le résultat en secondes et avec 3 chiffres significatifs.
Exercice 5 : Déterminer le temps nécessaire pour déposer un métal sur une surface métallique par électrolyse (Aire anode, js)
Pour produire de l'aluminium, on effectue une électrolyse d'alumine dans un bain de cryolithe, servant de solvant. Aux alentours de \( 1\:000\text{°C} \), l'alumine se transforme en aluminium. On trempe alors des paires d'électrodes dans le bain.
On dispose de \( 21 \) paires d'électrodes, parcourues par des courants de même intensité
\( I \).
Chaque anode a une aire \( A = 0\mbox{,}14\:\text{m}^{2} \) et est traversée par un courant de densité \( j_S =
\dfrac{I}{S} = 0\mbox{,}65\:\text{A}\mathord{\cdot}\text{cm}^{-2} \)
L'équation d'oxydation à l'anode s'écrit :
\[ C + 2O^{2-} = CO_2 + 4e^- \]
- Constante de Faraday : \( F = 9\mbox{,}65 \times 10^{4}\:\text{C}\mathord{\cdot}\text{mol}^{-1} \)
- Masse molaire de l'aluminium : \( 13\:\text{g}\mathord{\cdot}\text{mol}^{-1} \)
On utilisera le symbole \( \longrightarrow \) du clavier virtuel.
On donnera le résultat en secondes, avec deux chiffres significatifs, et suivi de l'unité qui convient.
Nos exercices sont conformes aux programmes de l'Éducation Nationale de la 3e à la Terminale. Kwyk permet aux élèves d'aborder les notions les plus importantes en Physique-Chimie comme l'étude des ondes et de l'optique, l'organisation et la transformation de la matière, la conservation et les transferts d'énergie et les lois de l'électricité. Les élèves peuvent travailler sur l'étude du mouvement avec des exercices de mécanique et de cinétique. Kwyk propose également de nombreux exercices d'entraînement sur les conversions et la manipulation des unités, l'écriture scientifique et l'utilisation des chiffres significatifs.
Nos exercices sont proposés sous forme de réponse libre et/ou de QCM. Afin d'assurer un entraînement efficace et pertinent aux élèves, chaque exercice est généré avec des valeurs aléatoires. Tous les ans, de nouvelles annales du brevet des collèges et du baccalauréat sont mises en ligne sur www.kwyk.fr. Les élèves peuvent s'entraîner grâce aux devoirs donnés sur Kwyk par leurs professeurs et aux devoirs générés par notre outil utilisant l'IA mais aussi grâce aux différents modules de travail en autonomie mis à disposition sur leur espace personnel.
Avec Kwyk, vous mettez toutes les chances de succès du côté des élèves.
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