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II Expérience 2 : Aspect quantitatif d'une électrolyse : électrolyse de l'eau en milieu acide : 1) Manipulation : a Introduire 250 mL d'eau distillée dans l'électrolyseur b Remplir les 2 tubes gradués avec de l'eau distillée et les retourner sans bulles d'air sur les électrodes

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Problématique :l’électrolyse est une méthode expérimentale qui consiste à convertir de l’énergie électrique en énergie chimique Il est par exemple possible à partir d’énergie électrique de séparer les composants de l’eau (l’hydrogène et l’oxygène) Une telle conversion a lieu dans un électrolyseur

Electrolyse de l'eau - F2School

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Comment fonctionne l'évaluation d'un électrolyseur?

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Quels sont les avantages de l’électrolyseur?

Le CEA-Liten a annoncé la validation d’un système de production de dihydrogène par électrolyse de l’eau à haut rendement : plus de 90 %, contre 70 à 85 % pour les électrolyseurs industriels classiques. Moins médiatique que la pile à combustible, l’électrolyseur est un élément clé du

Terminale S Spécialité CHIMIE

Ecole alsacienne Ȃ TP Spécialité CHIMIE Ȃ Michel LAGOUGE Page 1

Nom Coéquipier

ÊTRE ?

Objectif et questionnement : -

inconvénients ? Remarque : toutes les expériences sont des expériences collectives A.

1. Etude qualitative

Expérience 1 : réactions aux électrodes

Soit le dispositif suivant :

BBT pKa = 7 acide => jaune basique => bleu http://fr.wikipedia.org/wiki/Bleu_de_bromothymol

Video : http://www.youtube.com/watch?feature=player_embedded&v=VY9xTrIzAmI

Questions

1) Quelle est la couleur de la solution dans chaque bécher avant de faire circuler le courant électrique ?

2) Après avoir fait circuler le courant électrique quelques minutes, noter les observations relatives aux couleurs dans

chaque bécher.

Cathode : Anode :

3) Interprétez les observations faites

a) -basicité

Cathode : Anode :

b) Réactions aux électrodes

Cathode : Anode :

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Ecole alsacienne Ȃ TP Spécialité CHIMIE Ȃ Michel LAGOUGE Page 2

Expérience 2 : étude avec électrolyseur

Soit le dispositif suivant :

solution acide sulfurique environ molaire

On augmente progressivement la

tension U délivrée par le générateur extérieur

Questions

4) - ?

5) -t-on dans les deux tubes à dégagement ? Y a-t-il une relation entre les volumes de gaz dégagés

respectivement sur chaque électrode ?

6) Proposez une expérience simple permettant de mettre en évidence la nature du gaz respectivement dégagé sur chaque

électrode.

7) Interprétez ( le rapport des volumes de

gaz dégagés respectivement sur chaque électrode

2. Etude quantitative

Considérons une intensité I = 0,30 A circulant pendant

Questions

8) Etablir - donc détailler le raisonnement !- littérale de V(O2) -ou V(H2) du volume de gaz dégagé à

chaque électrode en fonction de I et

9) Un thermomètre a été placé dans la salle : quelle peut être son utilité dans ?

10)

V(O2 V(H2

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Ecole alsacienne Ȃ TP Spécialité CHIMIE Ȃ Michel LAGOUGE Page 3

B. Pile à hydrogène

façon réversible soit en électrolyseur soit en pile à hydrogène.

Le matériel présenté sur la paillasse professeur est un système simplifié par rapport à la photographie ci-dessous : le

même module peut fonctionner de façon réversible (électrolyseur Ù pile) alors que sur la photographie ci-dessous, les

dans les deux modes de fonctionnement..

Questions

11) Sur la photographie ci-dessus, repérer les différentes parties

(1) (2) (3) (4) (5) (6) 12) ?............(1) ?............(2) ?............(3) ?............(4)

13) Expliquer brièvement quelle est, dans cette chaîne de transformation énergétique, le rôle des réservoirs gazeux ?

En pratique, on s

" inépuisable ».

Voir la video résumant le fonctionnement: http://www.h-tec.com/fr/education/service/materiel-pedagogique/

Un autre dispositif : http://www.youtube.com/watch?v=d0gjpF8taDk (1) (2) (3) (4) (5) (6)

Terminale S Spécialité CHIMIE

Ecole alsacienne Ȃ TP Spécialité CHIMIE Ȃ Michel LAGOUGE Page 4

1. Fonctionnement en électrolyse : " recharge » de la batterie

¾ Voir le tableau 1

Questions

14) Le graphe du tableau 1 est-il cohérent avec la réponse apportée à la question 4) ?

15) s unités

correspondantes. Remarque : La théorie donne comme valeur de tension Useuil phénomènes de surtension sur les électrodes. caractéristique " idéale » correspondante

17) r = Energie chimique produite

Energie électrique consommée

electrolyseur pQHUJLH pQHUJLH littéral r = AN : r =

¾ Voir le tableau 2

Données : Qdiss_liq = 285,8 kJ.mol-1

Volume molaire à 25 °C sous Pression atmosphérique V0 = 24,45 L. mol-1

Questions

18) Du graphe du tableau 2, déduire vfor: la vitesse de formation du diDétailler le

raisonnement fait et préciser les unités des grandeurs considérées.

19) ssion de PchimQdiss_liq et vfor.

20) Déduire le rendement expérimental rexp

Littéral rexp

AN : rexp

21) Le résultat est-il cohérent avec la réponse apportée à la question 17) ?

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2. Fonctionnement en générateur : " décharge » de la batterie

Une photographie de la manipulation sur la

paillasse professeur

¾ Voir le tableau 3

Données : Qdiss-gaz = 241,8 kJ.mol-1

Volume molaire à 25 °C sous Pression atmosphérique V0 = 24,45 L. mol-1

Questions

22) Ecrire les équations chimiques respectives globales lors du fonctionnement du module en

Electrolyseur Générateur

Equation chimique :

23) Du graphe du tableau 3, déduire vdisp : la vitesse de disparition du dihydrogène lors du fonctionnement en pile.

Détailler le raisonnement fait et préciser les unités des grandeurs considérées.

24) chim, la puissance chimique consommée par la pile en fonction de Qdiss-gaz et vdisp.

25) Déduire le rendement expérimental rexp de la pile

Littéral rexp

AN : rexp

26) Analyser le bilan énergétique des différentes opérations étudiées (électrolyse et pile) et faites une analyse commentée

de ces bilans. Et répondre à la question énoncée dans le titre.

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Ecole alsacienne Ȃ TP Spécialité CHIMIE Ȃ Michel LAGOUGE Page 6 Annexe Module électrolyseur Ù Pile à hydrogène Données constructeur (Site : http://www.h-tec.com/fr/education/ ) Module électrolyseur (Remarque : le constructeur demande de ne pas dépasser U = 2 V)

Tableau 1

U/V I/V

0,1 0,2 0,3 0,4 1,3 1,5 1,6 1,7 1,8 1,9 2,0 0 0 0,03 0,21 0,41 0,63 0,87 1,06

Tableau 2

t/s V(H2)/mL 0 40
80
119
160
200
238
0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0
30,0

Module Pile à hydrogène Tableau 3

t/s V(H2)/mL 0 175
356
534
712
30,0
25,0
20,0 15,0 10,0

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Ecole alsacienne Ȃ TP Spécialité CHIMIE Ȃ Michel LAGOUGE Page 7

C. Etude documentaire (étude complémentaire et résumé critique des études précédentes)

Les piles à combustible : mythe ou réalité ? (doc de ac-grenoble.fr)

I- Généralités

1- - - - comburant ?

2- - ?

3- A quoi sont utilisées les combustions ? A quoi servent les piles ?

3- Est-ce que les combustions et les piles sont utilisées dans le même objectif ?

4- Pourquoi parle-t-on de pile à combustible ?

5- Qui était le précurseur des piles à combustible ? A quelle époque travaillait-il ? Que vous inspire cette réponse ?

II- Les piles à combustibles, ça fonctionne comment ? -oxygène est très simple. Une cellule de réaction est

composée de deux électrodes séparées par un électrolyte. Cet électrolyte est une membrane qui permet le passage des protons

H+, mais qui empêche les électrons de passer.

Schéma de la pile :

Dans le cas de notre exemple, on utilise la pile à combustible pour alimenter une lampe.

1- Quelle est la nature des porteurs de charge dans le circuit extérieur à la pile ?

2- Indiquer sur le schéma le sens de déplacement conventionnel du courant électrique I, ainsi que le sens de

On donne les demi-couples des espèces chimiques mises en jeu :

H+/H2 O2/H2O

3- Pour chaque couple mis en jeu, écrire les demi-équations électroniques en milieu aqueux acide.

4- bite.

5- -ils ? Les dessiner sur le schéma avec leur sens de déplacement. réservoir de H2 contenant du O2

électrolyte

laissant passer les H+

électrodes

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Ecole alsacienne Ȃ TP Spécialité CHIMIE Ȃ Michel LAGOUGE Page 8 Le dihydrogène est appelé " combustible » de la pile.

6- Quelle transformation chimique subit le dihydrogène. Pourquoi est-il appelé combustible ?

7- -ce le pôle positif ou négatif de la pile ?

Compléter le schéma en nommant les deux électrodes. III- Les piles à combustible, ça marche ou pas ? A partir des trois textes distribués, répondre aux questions suivantes : 1- ?

2- Quels sont les g ?

3- Quels sont les principaux avantages des piles à combustible ?

Convertir 1kWh en joules.

6- Relever les polluants locaux cités dans le texte de Jean-Marc JANCOVICI ? Quels sont leurs effets ?

5- ?

6- Quels sont les moyens de production du dihydrogène ?

8- Parmi ces moyens, lesquels respectent le développement durable ?

9- Selon vous, les piles à combustible est-ce un mythe ou une réalité ?

IV- Quelques petites applications :

1- Calculer la charge électrique Q libérée en 24 heures. En déduire la quantité de matière des porteurs de charge ayant transité dans le circuit.

2- Dans une voiture de tourisme, on estime à 0,60 kg la masse de dihydrogène nécessaire pour effectuer 100 km.

Calculer le volume en m3

pression. Rappeler la loi des gaz parfaits en précisant les unités des grandeurs mises en jeu. Proposer alors une

méthode pour diminuer à température ambiante le volume occupé par le dihydrogène.

3- Remplir le tableau suivant :

Terme Définition Exemple dans la pile à combustible O2 électrode où se produit la réduction borne + de la pile combustible anode espèce susceptible de céder des électrons fin de réaction

O2 + 2e- + 2H+ = 2 H2O

rendement Données : M(H) = 1,00 g.mol-1 ; M(O) = 16,0 g.mol-1 A = 6,02.1023 mol-1 ;

charge élémentaire e = 1,6.10-19 C ; Faraday 1 F = 96500 C.mol-1 Volume molaire (conditions : 20°C et Patm) = 24,0 L.mol-

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[PDF] TP Terminale inconvénients ? Remarque : toutes les

Comment réussir l’électrolyse?

Comment faire une électrolyse de l'eau en milieu acide ?

Comment fonctionne l'évaluation d'un électrolyseur?

Quels sont les avantages de l’électrolyseur?

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Nom Coéquipier

ÊTRE ?

Objectif et questionnement : -

1. Etude qualitative

Expérience 1 : réactions aux électrodes

Soit le dispositif suivant :

Questions

1) Quelle est la couleur de la solution dans chaque bécher avant de faire circuler le courant électrique ?

2) Après avoir fait circuler le courant électrique quelques minutes, noter les observations relatives aux couleurs dans

Cathode : Anode :

3) Interprétez les observations faites

Cathode : Anode :

Cathode : Anode :

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Expérience 2 : étude avec électrolyseur

Soit le dispositif suivant :

On augmente progressivement la

Questions

4) - ?

5) -t-on dans les deux tubes à dégagement ? Y a-t-il une relation entre les volumes de gaz dégagés

6) Proposez une expérience simple permettant de mettre en évidence la nature du gaz respectivement dégagé sur chaque

électrode.

7) Interprétez ( le rapport des volumes de

2. Etude quantitative

Questions

8) Etablir - donc détailler le raisonnement !- littérale de V(O2) -ou V(H2) du volume de gaz dégagé à

9) Un thermomètre a été placé dans la salle : quelle peut être son utilité dans ?

V(O2 V(H2

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B. Pile à hydrogène

Questions

11) Sur la photographie ci-dessus, repérer les différentes parties

13) Expliquer brièvement quelle est, dans cette chaîne de transformation énergétique, le rôle des réservoirs gazeux ?

En pratique, on s

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1. Fonctionnement en électrolyse : " recharge » de la batterie

¾ Voir le tableau 1

Questions

14) Le graphe du tableau 1 est-il cohérent avec la réponse apportée à la question 4) ?

15) s unités

17) r = Energie chimique produite

Energie électrique consommée

¾ Voir le tableau 2

Données : Qdiss_liq = 285,8 kJ.mol-1

Questions

18) Du graphe du tableau 2, déduire vfor: la vitesse de formation du diDétailler le

19) ssion de PchimQdiss_liq et vfor.

20) Déduire le rendement expérimental rexp

Littéral rexp

AN : rexp

21) Le résultat est-il cohérent avec la réponse apportée à la question 17) ?

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2. Fonctionnement en générateur : " décharge » de la batterie

Une photographie de la manipulation sur la

¾ Voir le tableau 3

Données : Qdiss-gaz = 241,8 kJ.mol-1

Questions

22) Ecrire les équations chimiques respectives globales lors du fonctionnement du module en

Electrolyseur Générateur

Equation chimique :

23) Du graphe du tableau 3, déduire vdisp : la vitesse de disparition du dihydrogène lors du fonctionnement en pile.

24) chim, la puissance chimique consommée par la pile en fonction de Qdiss-gaz et vdisp.

25) Déduire le rendement expérimental rexp de la pile

Littéral rexp

AN : rexp

26) Analyser le bilan énergétique des différentes opérations étudiées (électrolyse et pile) et faites une analyse commentée

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Tableau 1

U/V I/V

Tableau 2

Module Pile à hydrogène Tableau 3

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I- Généralités

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