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“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 579 — #587
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Exercices
APPROFONDIR
3. Lorsque l’étudiant présente ses résultats (volume équivalent et concentration) à son professeur, ce dernier lui indique que ses valeurs sont sujettes à caution et lui demande de recommencer le titrage après avoir dilué dix fois la solution de thiosulfate de sodium et en
conservant le reste du protocole opératoire.
a. Décrire la suite des opérations nécessaires pour diluer dix fois une solution. On précisera
bien le nom des instruments utilisés.
b. Pourquoi ces résultats sont-ils discutables ?
c. Que penser de la modification apportée par le professeur ?
d. En recommençant selon les nouvelles modalités, l’étudiant obtient un volume équivalent
de 9,2 mL. Calculer la nouvelle valeur obtenue pour la concentration c.
Données à 298 K :
Couple Ox/Red
Sn
4+ /Sn
2+
I 2 /I –
S 4 O
2–
6 /S 2 O
2–
3
O 2 (g)/H 2 O()
E o / V
0,14
0,62
0,09
1,23
9.11 Pile à combustible à méthanol direct (Mines) (#)
Des piles à combustible sont développées actuellement à partir de méthanol, nous étudierons
celle à méthanol direct dans laquelle le méthanol est utilisé tel quel en tant que réducteur,
l’oxydant étant du dioxygène. Ces piles ne sont pas très puissantes mais elles ont de grandes
autonomies et peuvent être utilisées dans des appareils portables (microordinateurs, téléphones ou autres). Elles fonctionnent à des températures relativement basses autour de 70 °C.
Le biométhanol est obtenu à partir de la biomasse lignocellulosique en deux étapes : conversion en gaz de synthèse (mélange de CO et H 2 ) puis recombinaison en méthanol CH 3 OH.
Les électrodes sont en graphite, métal ou en matériaux composites. La membrane séparant
les deux compartiments est une membrane échangeuse d’ions. Le méthanol est susceptible
d’être oxydé en dioxyde de carbone. On note e ◦ =
RT
F
ln(10) à la température de fonctionnement de la pile.
1. Écrire la demi-équation électronique correspondant à la demi-pile (1) contenant le méthanol et en déduire l’expression du potentiel de NERNST E 1 correspondant. Remarque : la
situation étudiée correspond à un mélange eau/méthanol en quantités proches, leurs activités
sont alors égales à leurs fractions molaires.
2. Écrire la demi-équation électronique correspondant à la demi-pile (2) contenant le dioxygène et en déduire l’expression du potentiel de NERNST E 2
3. Le courant circule dans le circuit, à l’extérieur de la pile, en partant de la demi-pile 2 vers la
demi-pile 1. En déduire les polarités attendues de la pile et exprimer sa force électromotrice.
4. Indiquer en justifiant, quelle électrode est la cathode et laquelle est l’anode. En déduire la
réaction qui se produit lorsque la pile débite.
5. Si on admet que le rendement d’une pile est de 80 %, exprimer la quantité d’électricité
formée à partir de 10 mL de méthanol.
6. Pendant combien de temps pourrait fonctionner la pile, en admettant toujours un rendement de 80 %, lorsqu’elle délivre un courant d’intensité supposée constante de 10 A ?
Conclure.
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APPROFONDIR
3. Lorsque l’étudiant présente ses résultats (volume équivalent et concentration) à son professeur, ce dernier lui indique que ses valeurs sont sujettes à caution et lui demande de recommencer le titrage après avoir dilué dix fois la solution de thiosulfate de sodium et en
conservant le reste du protocole opératoire.
a. Décrire la suite des opérations nécessaires pour diluer dix fois une solution. On précisera
bien le nom des instruments utilisés.
b. Pourquoi ces résultats sont-ils discutables ?
c. Que penser de la modification apportée par le professeur ?
d. En recommençant selon les nouvelles modalités, l’étudiant obtient un volume équivalent
de 9,2 mL. Calculer la nouvelle valeur obtenue pour la concentration c.
Données à 298 K :
Couple Ox/Red
Sn
4+ /Sn
2+
I 2 /I –
S 4 O
2–
6 /S 2 O
2–
3
O 2 (g)/H 2 O()
E o / V
0,14
0,62
0,09
1,23
9.11 Pile à combustible à méthanol direct (Mines) (#)
Des piles à combustible sont développées actuellement à partir de méthanol, nous étudierons
celle à méthanol direct dans laquelle le méthanol est utilisé tel quel en tant que réducteur,
l’oxydant étant du dioxygène. Ces piles ne sont pas très puissantes mais elles ont de grandes
autonomies et peuvent être utilisées dans des appareils portables (microordinateurs, téléphones ou autres). Elles fonctionnent à des températures relativement basses autour de 70 °C.
Le biométhanol est obtenu à partir de la biomasse lignocellulosique en deux étapes : conversion en gaz de synthèse (mélange de CO et H 2 ) puis recombinaison en méthanol CH 3 OH.
Les électrodes sont en graphite, métal ou en matériaux composites. La membrane séparant
les deux compartiments est une membrane échangeuse d’ions. Le méthanol est susceptible
d’être oxydé en dioxyde de carbone. On note e ◦ =
RT
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ln(10) à la température de fonctionnement de la pile.
1. Écrire la demi-équation électronique correspondant à la demi-pile (1) contenant le méthanol et en déduire l’expression du potentiel de NERNST E 1 correspondant. Remarque : la
situation étudiée correspond à un mélange eau/méthanol en quantités proches, leurs activités
sont alors égales à leurs fractions molaires.
2. Écrire la demi-équation électronique correspondant à la demi-pile (2) contenant le dioxygène et en déduire l’expression du potentiel de NERNST E 2
3. Le courant circule dans le circuit, à l’extérieur de la pile, en partant de la demi-pile 2 vers la
demi-pile 1. En déduire les polarités attendues de la pile et exprimer sa force électromotrice.
4. Indiquer en justifiant, quelle électrode est la cathode et laquelle est l’anode. En déduire la
réaction qui se produit lorsque la pile débite.
5. Si on admet que le rendement d’une pile est de 80 %, exprimer la quantité d’électricité
formée à partir de 10 mL de méthanol.
6. Pendant combien de temps pourrait fonctionner la pile, en admettant toujours un rendement de 80 %, lorsqu’elle délivre un courant d’intensité supposée constante de 10 A ?
Conclure.
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