Aurélie 25/09/07
 

concours assistant ingénieur chimiste, sciences des matériaux partie B, 2006

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Donner l'expression et la valeur du potentiel de Nernst à 20 °C pour une solution à l'équilibre de Fe3+ 0,025 M et Fe2+ 10-3 M. ( E°(Fe3+/Fe2+) = 0,77 V ; R= 8,31 J K-1 mol-1)

réponse :

Fe3+ + e- = Fe2+.

E = E°(Fe3+/Fe2+) + 0,06 log ([Fe3+] / [Fe2+])

E= 0,77 + 0,06 log(0,025/10-3) = 0,85 V.

On dose 20 mL d'une solution aqueuse de lactate de sodium (pKa ( CH3-CHOH-COOH / CH3-CHOH-COO-) = 3,9 ) par une solution HCl 1 M.

Ecrire la réaction de titrage ?

CH3-CHOH-COO- + H3O+ --> CH3-CHOH-COOH + H2O.

Expression et la valeur du pH à la demi-équivalence, à l'équivalence :

 
A la demi équivalence le pH est égal à : pH= pKa = 3,9

0 l'équivalence on a une solution d'acide lactique, acide peu ionisé : pH= ½(pKa - log c)

pH= 0,5(3,9 - log 0,72) = 2,0.

- Concentration c de la solution de lactate de sodium si le volume équivalent vaut 14,3 mL ?

A l'équivalence les quantités de matière des réactifs mis en présence sont en proportions stoechiométriques :

Vlactate c = Véqui Cacide ;

c = Véqui Cacide/ Vlactate = 1*14,3/20 = 0,72 mol/L.
Donner le schéma de principe d'un accumulateur électrochimique en fonctionnement ( décharge), sachant qu'à l'électrode positive on dispose de l'oxydant Ox1 et à l'électode négative du réducteur Red2 avec E° ( Ox1/red1) >> E° ( Ox2/red2).

Indiquer les réactions aux électrodes, la réaction globale, le parcours des électrons et le sens de circulation du courant :

Oxydation à l'anode :

couple oxydant /réducteur : Ox1/red1 : red1 = Ox1 + n1 e-.

Des électrons sont libérés, l'anode constitue le pôle négatif de la pile.

Réduction à la cathode :

couple oxydant /réducteur : Ox2/red2 : Ox2 + n2 e- = Red2.

Bilan :

n2 fois { red1 = Ox1 + n1 e-}

n1 fois { Ox2 + n2 e- = Red2}

n2 red1 + n1 Ox2 = n2 Ox1 + n1 Red2.

Quel est le rôle de l'électrolyte :

L'électrolyte assure la conduction électrique en solution : double migration des ions ( les ions positifs se déplacent dans le sens du courant ; les ions négatifs se déplacent en sens contraire ).

Classer par ordre croissant de densité d'énergie les accumulateurs suivants :

Li ion ; Pb/PbO2 ; Ni/MH ; Ni/Cd.

Pb/PbO2 ( 30 Wh kg-1) ; Ni/Cd ( 50 Wh kg-1) ; Ni/MH ( 65 Wh kg-1) ; L ion ( 140 Wh kg-1)

Citer deux avantages majeurs des piles et accumulateurs au lithium.

Possède une haute densité d'énergie pour un poids très faible.

Faible auto-décharge ( moins de 10 % par mois) ; pas d'entretien. ; pas d'effet mémoire.

Ecrire la réaction d'insertion et de désinsertion de l'électrode positive des batterie Li-ion :

À l'anode négative , le lithium (Li) s'oxyde en ions lithium (Li+) :

Li = Li+ + e- ; l'ion Li+ d'insére dans la structure cristalline de la cathode LiCoO2.

À la cathode positive, le matériau actif H se réduit :

H + e- = H-.

Donner un ou des électrolytes liquides utilisés dans les piles et/ou batteries au lithium et au Li-ion :

chlorure de thionyle SOCl2.

 

La réduction quantitative en MnOOH d'une électrode composite contenant MnO2 comme matière active est réalisée au bout de 4200 s à courant constant ( 1,5 mA).

Donner la quantité d'électricité correspondant à cette réaction quantitative :

Q= I t avec I en ampère et t en seconde

Q = 1,5 10-3*4200 = 6,3 C.

Nombre de moles de MnO2 réduit :

MnO2 +H+ + e- = MnOOH

La charge d'une mole d'électrons est, en valeur absolue, égale à 96500 C, d'où la quantité de matière d'électrons :

n(e- )= 6,3 / 96500 = 6,53 10-5 mol.

D'après les nombres stoechiométriques de l'équation ci-dessus :

n(e- )= n(MnO2) =6,53 10-5 mol.

Masse initiale de MnO2 ( 87 g/mol) :

masse (g) = quantité de matière (mol) * masse molaire (g/mol)

m= 6,53 10-5 *87 =5,68 103 g.
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