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Exercices : 20 -´Electrochimie

A. Thermodynamique de l"oxydo-r´eduction

1.Pile `a combustible

On r´ealise la pile `a combustible repr´esent´ee par :

la pression partielle des gaz restant fix´ee `a 1bar. La force ´electromotrice normale de cette pile vautE◦= 1,23V

`a 25

◦C; elle d´epend l´eg`erement de la temp´erature avec, dans le domaine 20◦C< t <30◦C :

∂E ∂T=-840μV·K-1

1. Quelle est la r´eaction chimique qui a lieu lorsque la pile fonctionne?

2. Quelle est la valeur de l"enthalpie libre standard de cette r´eaction `a 25◦C?

´Evaluer pour cette mˆeme r´eaction et toujours `a 25◦C les valeurs de ΔrS◦et ΔrH◦.

Un prototype de pile `a combustible a ´et´e r´ealis´e en mettant en s´erie 256 cellules du type pr´ec´edent

cˆabl´ees en s´erie. Dans ce prototype, la tension aux bornes dela pile `a combustible n"est que de 0,7V.

Elle d´eveloppe une puissance totale de 20kW. On estime `a 500mol la quantit´e du dihydrog`ene n´ecessaire

pour faire rouler une voiture pendant 100km. 4.

´Evaluer la vitesse moyenne d"une voiture ´equip´ee d"un tel prototype de pile `a combustible. Commenter.

2.Pile de Clark

La pile deClarkest sch´ematis´ee par la chaˆıne tensiom´etrique suivante : Zn s|Zn2+,SO2-4||Hg2SO4s|Hgliq

On notera que le sulfate de zinc est bien soluble dans l"eau alors que celui de mercure ne l"est pas (dans les

conditions exp´erimentales adopt´ees). On fournit le tableau de donn´ees suivant (pour une temp´erature de 25◦C) :

HgLiquide0076,0

ZnSolide0041,6

Zn2+Aqueux-154-147-112

HgSO4Solide-743-626201

So2-

4Aqueux-909-74520,1

1.´Ecrire les demi-´equations ´electroniques de chaque couple en jeu et calculer les potentiels d"oxydor´eduction

standard associ´es. 2.

´Ecrire l"´equation-bilan chimique (EB) de la pile et expliciter la force ´electromotrice en fonction, notam-

ment, des potentiels d"oxydor´eduction standard.

3. Calculer l"enthalpie libre standard de r´eaction pour (EB) en fonction de la temp´erature en faisant toute

hypoth`ese jug´ee raisonnable. En d´eduire la force ´electromotrice de la pile dans les conditions standard `a

25
◦C; confronter le r´esultat obtenu avec celui issu de deux autres d´emarches. On a les mesures exp´erimentales suivantes, pour ?SO2-4?=?Zn2+?= 1,0mol·L-1:

Temp´erature (◦C)252730333539

f.´e.m. V1,4201,4181,4141,4111,4091,405

4. En d´eduire, pour l"´equation-bilan (EB), les enthalpie standardde r´eaction et entropie standard de r´eac-

tion.

JR SeigneClemenceauNantes

Sciences Physiques MP* 2022-2023Exercices : 20 -´Electrochimie - 2

B. DiagrammesE-pH

3.Diagramme de l"´el´ement Cadmium

Le diagramme potentiel-pH de la figure 1 est celui du Cadmium pour uneconcentration totale de Cadmium

dissous ´egale `a 0,01mol·L-1. Cette concentration de trac´e a ´et´e affect´ee `a toutes les esp`eces dissoutes, on n"a

pas pratiqu´e l"´equir´epartition. pH??? 0 E(V) -0,46

11,38,1Cd

sCd

2+Cd(OH)2sHCdO-2

Figure1 - Diagramme Potentiel - pH du Cadmium

1. Que peut-on en d´eduire (quantitativement!)?

2. On appellesla solubilit´e de l"hydroxyde de Cadmium (II) dans une solution depHdonn´e etps=-log(s).

Tracer la courbe donnantpsen fonction depH. Quelle est la solubilit´es?de l"hydroxyde de Cadmium (II) dans l"eau pure?

3. On introduit du Cadmium m´etallique dans de l"eau pure. Que se passera-t-il? La r´eaction est tr`es lente

pour unpHcompris entre 8 et 11. Proposer une explication.

4.Diagramme de l"´el´ement Chlore

On indique sur la figure 2 l"aspect du diagramme potentiel-pH du chlore `a 25◦C pour des concentrations en

esp`eces dissoutes toutes ´egales `a 1mol·L-1.Cl2d´esigne ici le dichlore dissous. pH0quotesdbs_dbs7.pdfusesText_5

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