[PDF] Corrigé de la feuille « Convertisseurs électrochimiques »

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1 MP*1 Lycée Saint-Louis 2019/2020 Françoise Lachize Corrigé de la feuille " Convertisseurs électrochimiques »

1) Accumulateur cadmium-nickel :

1) Préciser les demi-

suivantes :

Au pô :

est une anode

2) En déduire la tension de décharge

On multiple donc par 2 la réaction (1). Le bilan donne

3) Montrer que la fem est indépendante de la concentration de la solution de potasse.

La fem de la pile est donnée par la relation

On écrit les deux formules de Nernst relatif aux réactions (1) et (2)

On obtient donc

en simplifiant :

5) Montrer sur le schéma

déduire la réaction chimique lors de la charge.

En fonctionnement pour une intensité ݅ on doit avoir ݅ൌ݅௔ൌെ݅௖. On lit graphiquement la fem

en charge : ݁ൌοܧ 0.6 V 2 MP*1 Lycée Saint-Louis 2019/2020 Françoise Lachize

2Evans :

1) : réactions

aux électrodes, équation-bilan, sens du courant électrique extérieur et modes de transfert des

charges en solution.

Evans. Le schéma de la pile est le suivant :

Dans le bécher 1 à la cathode on a une réduction. Les deux oxydants en présence sont ܱ

qui réagit. On a la demi reaction redox:

En ܪ

(ne pas oublier que le ݌ܪ

2)Tracer schématiquement les courbes intensité-potentiel permettant de comprendre le

fonctionnement de cette pile et faisant apparaitre le courant de corrosion. donc calculer les potentiels

On a :

On trave les courbes intensité potentiel

3 MP*1 Lycée Saint-Louis 2019/2020 Françoise Lachize

3)Comment expliquer la différence entre la force électromotrice mesurée

expérimentalement et celle prévue théoriquement. On fait apparaitre le courant de corrosion ݅ et on a݅ൌ݅௔ൌെ݅௖ graphiquement οܧ 3 : 1) ?

à fixer la valeur du ݌ܪ

2) La solubilité se calcule à partir de la réaction :

3) Identifie

ur en tenant compte des espèces prépondérantes.

Ȃ de la pile, on a la réaction :

A la cathode, pôle ൅ de la pile, on a la réaction suivante : la réaction de fonctionnement de la décharge est :

4) Schématiser la circulation de tous les porteurs de charge lors du fonctionnement en

Il faut faire un schéma de la pile :

4 MP*1 Lycée Saint-Louis 2019/2020 Françoise Lachize

5) Calculer la valeur de la force électromotrice à intensité nulle. Commentez cette valeur

La force électromotrice de la pile est ݁ൌܧାെܧ

A la cathode on a la réaction

mais on peut également utiliser la demi réaction qui donne exacte

écrire

réaction mais on peut également utiliser la demi réaction qui

écrire

On a :

݌ܪ à Ͳ. La concentration en ion ܾܲ

Pour obtenir ͳʹܸ

Ecrire les équations des réactions responsables.

ܱܾܵܲସ et ܾܲ

dioxygène qui est un oxydant

On a donc les réactions suivantes :

5 MP*1 Lycée Saint-Louis 2019/2020 Françoise Lachize

Du coup la batterie se décharge.

4 : (principal impureté ܣ aqueuse les ions sulfates sont électro-inertes.

à purifier.

1) Ecrire toutes les réactions possibles aux électrodes.

on peut avoir les réactions suivantes : A la cathode on peut avoir les réactions suivantes :

2) Placer les courbes intensité-potentiel en tenant compte du pH, des données redox et

des surtensions cinétiques.

La courbe est la suivante :

nts qui demandent le moins de tension " fondre » alors que la cathode va se recouvrir de ܵ va tomber au fond du récipient.

Une telle électrolyse porte le nom " ».

5 : 6 MP*1 Lycée Saint-Louis 2019/2020 Françoise Lachize 1)- actif et la cathode est en plomb). node on a les demies réactions suivantes : A la cathode on a les demies réactions suivantes : réagissent uniquement les oxydants, il ne joue aucun rôle.

2) Donner les courbes intensité-potentiel.

Les courbes sont les suivantes :

3) ܣ

Si on élimine les ions ܣ݃ା, ܵ

A courant nul, la tension minimale pour obtenir cette électrolyse est ܷൌͳǡ͹ͳͷܸ

ͳͲ minutes pour une densité de courant ݆ൌ ఋ௧ ce qui donne ߦߜ 7 MP*1 Lycée Saint-Louis 2019/2020 Françoise Lachize 6) :

La courbe ci-݆ (en ܣ

plonge dans une solutio݌ܪ

Les ions ܱܵ

1) Ecrire les réactions anodiques et cathodiques possibles envisageables. Préciser en

justifiant les réactions auxquelles correspondent les portions (ab) et (fg).

A la cathode on a la réaction suivante :

on a les réactions suivantes : Les portions (ab) et (fg) correspondent au " mur du solvant -à-dire que la portion (ab)

électrode de plomb.

Ces ordres de grandeurs sont lus

questions antérieures) que le ݌ܪ est de Ͳ.

3) Expliquer la portion (cd). Ecrire la réaction électrochimique correspondante.

La portion (cd) correspond à la réaction ܾܲ՜ܾܲ 8 MP*1 Lycée Saint-Louis 2019/2020 Françoise Lachize

4) Expliquer la portion (de). Ecrire la réaction électrochimique correspondante. Montrer

partie (cd) le plomb se transforme en passive, ce qui explique la diminution du coura elle est passivée et ne peut plus réagir. Le courant devient alors nul.

5) Pourquoi est-il nécessaire de ne pas dépasser une tension limite lors de la charge de

-ci est scellé ? ents scellé. Il faut absolument être en dessous de ʹǡ͹ܸ

7) Production de dichlore et de soude (Centrale PSI 2016) :

1)Donner les demi-équations électroniques se p

on a une oxydation. Les demi-équations électroniques possibles sont :

A la cathode on a une r

en milieu acide ʹܪା൅ʹ݁ൌܪ

Le bilan :

2)Déterminer la constante thermodynamique de la réaction et indiquer pourquoi

La constante de la réaction est :

On écrit les deux potentiels de Nernst des couples considérés. Attention, pour la formule de

Nernst il faut absolument travailler à݌ܪ

9 MP*1 Lycée Saint-Louis 2019/2020 Françoise Lachize

On trouve donc :

଴ǡ଴ଷൌെ͹͵ soit ܭ ne réaction thermodynamiquement défavorable. Il faut une énergie extérieure pour la réaliser.

3)Sur les courbes intensité-potentiel données, indiquer sur chaque portion de courbe les

transformations chimiques correspondantes, puis mettre en évidence la tension à appliquer pour une intensité donnée. Quel problème rencontre-t-on si on applique une tension trop forte ? compétition entre deux réactions mais la réaction qui demande le moins Si la tension est trop forte, il peut se produire à ʹܪܱି՜ܱ dégagement de dioxygène ; basique avec de la soude , on peut supposer pH=14. Dans ce cas la thermodynamique donne le surtension anodique de ͳǡͳͳܸ 10 MP*1 Lycée Saint-Louis 2019/2020 Françoise Lachize

5) Sachant que le rendement faradique est de Ͳǡ͹ͷ

produire ͳ݉ଷ de dichlore gazeux à ʹͷιܥ ఘಷ soit ܹ௟ൌܷ ఘಷ puisque ݊ൌʹ

6) Justifier le problème observé si la concentration en ion chlorure diminue trop.

Avec ܲ஼௟మൌͳܾܽ

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