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thème E ¦`“™ tp n°5

Tp n°1 OqAEOHŃPURO\VH GH OqHMX

Le principe de la pile à combustible est l'inverse d'une électrolyse. La réaction chimique produite par l'oxydation et

la rencontre de gaz produit de l'électricité, de l'eau et de la chaleur (voir animation) La fabrication de l'électricité se fait grâce à l'oxydation sur une électrode d'un combustible réducteur (par exemple l'hydrogène) couplée à la réduction sur l'autre électrode d'un oxydant, tel que l'oxygène de l'air. La réaction d'oxydation de l'hydrogène est accélérée par un catalyseur qui est généralement du platine. Le fonctionnement d'une pile dihydrogène-dioxygène est particulièrement propre puisqu'il ne produit que de l'eau et consomme uniquement des gaz. La fabrication de ces piles est très coûteuse, notamment à cause de la quantité non négligeable de platine nécessaire et au coût des membranes

échangeuses d'ions.

Problème :

Une des difficultés majeures réside dans la synthèse et l'approvisionnement en dihydrogène. Sur Terre, l'hydrogène

n'existe en grande quantité que combiné à l'oxygène (H2O, c'est-à-dire l'eau), au soufre (sulfure d'hydrogène, H2S) et

au carbone (combustibles fossiles de types gaz naturel ou pétroles). La production de dihydrogène nécessite donc soit

d'utiliser des combustibles fossiles, soit de disposer d'énormes quantités d'énergie à faible coût, pour l'obtenir à partir

de la décomposition de l'eau, par voie thermique ou électrochimique.

Perspectives

Grâce aux progrès incessants de ces techniques, dont les premiers développements dans le domaine spatial

remontent aux années 1960, et à la baisse des prix, son utilisation croît dans de nouveaux domaines (voitures, engins

spatiaux, ordinateurs, etc..) .

Récepteur électrique

3ULQŃLSH G·XQH pOHŃPURO\VH

Données

Le volume molaire Vm des gaz est le

volume occupé par une mole de ce gaz.

A 20°C, Vm=24,0 L/mol

A- Manipulations :

L'Ġlectrolyse de l'eau est une des méthodes de synthèse du dihydrogène. Les électrolyseurs chimique avec un certain rendement.

1. I·pOHŃPURO\VHXU : montage et mesures

9 Faire le montage précédent. Mettre en

route le voltmètre (tension continue) et l'ampğremğtre (intensité continu, calibre

10A) sans allumer le générateur. Appeler le

prof pour la vérification

9 Allumer le générateur et augmenter

Releǀer la tension U et l'intensitĠ I (traǀersant l'Ġlectrolyseur) correspondante dans le tableau suivant.

Yu'obserǀe-t-on à partir de ce moment au niveau des électrodes ? générateur sans baisser la tension. que son équation. Imprimer votre graphique

U (en V)

I (en A)

Observation au

niveau des

électrodes

2. I·pOHŃPURO\VHXU : principe de fonctionnement et rendement

9 Ajouter 2 tubes remplis ă ras bord d'eau avec quelques gouttes de BBT. Les retourner sur les deux électrodes.

9 Préparer un chronomètre et au temps t= 0, allumer le générateur et mesurer la tension U aux bornes de

9 Relever également la valeur de l'intensitĠ I circulant dans l'Ġlectrolyseur

9 Au bout d'un temps t=5 min, arrêter le générateur.

9 Noter alors les valeurs V des volumes de gaz recueilli sur chaque électrode ainsi que la couleur du BBT

B- interprétations :

3. Calculer le rendement de l'Ġlectrolyseur

4. Représenter sur le schéma (en haut) le sens conventionnel du courant et le sens de déplacement des électrons en

5. D'aprğs la couleur du BBT dans chaque tube, trouver dans quel tube il a pu se former des ions H+, des ions HO- ?

6. Les 2 couples redox mis en jeu sont : (H2O/H2) et (O2/H2O). Ecrire la demi-équation électronique se passant à

l'anode, puis celle se passant à la cathode (on pourra utiliser le fait que des ions HO- sont produits à la cathode !).

En déduire que le bilan est H2O ї H2 + ½ O2

7. Les volumes recueillis sont-ils compatibles avec ce bilan chimique.

U= I=

Solution de sulfate de

sodium (2Na+ + SO42-) à

0,5 mol/L

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