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Préparation aux épreuves du Bac
1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Modélisation des transformations acide-base
Ch. 2
Analyse physique d'un système chimique
Ch. 3
Méthode de suivi d'un titrage
Ch. 4
Évolution temporelle d'une transformation chimique
Ch. 5
Évolution temporelle d'une transformation nucléaire
BAC
Thème 1
Ch. 6
Évolution spontanée d'un système chimique
Ch. 7
Équilibres acide-base
Ch. 8
Transformations chimiques forcées
Ch. 9
Structure et optimisation en chimie organique
Ch. 10
Stratégies de synthèse
BAC
Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Description d'un mouvement
Ch. 12
Mouvement dans un champ uniforme
Ch. 13
Mouvement dans un champ de gravitation
Ch. 14
Modélisation de l'écoulement d'un fluide
BAC
Thème 2
3. Conversions et transferts d'énergie
Ch. 15
Étude d’un système thermodynamique
Ch. 16
Bilans d'énergie thermique
BAC
Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 17
Propagation des ondes
Ch. 18
Interférences et diffraction
Ch. 19
Lunette astronomique
Ch. 20
Effet photoélectrique et enjeux énergétiques
Ch. 21
Évolutions temporelles dans un circuit capacitif
BAC
Thème 4
Annexes
Ch. 22
Méthode
Chapitre 6
Exercice corrigé
Pile nickel argent
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Énoncé
Compétence(s)
RAI/ANA : Construire un raisonnement
COM : Rédiger correctement une résolution d'exercice
COM : Rédiger correctement une résolution d'exercice
Une pile nickel argent met en jeu les couples \text{Ag}^+\text{(aq)/Ag(s)} et \text{Ni}^{2+}\text{(aq)/Ni(s)}.
Dans cette pile, c'est le nickel \text{Ni(s)} qui s'oxyde.
1. Identifier l'anode et la cathode.
2. Écrire les demi‑équations d'oxydoréduction.
3. En déduire l'équation globale de la réaction de la pile.
4. Donner la relation entre la capacité électrique, l'intensité du courant et la durée de fonctionnement d'une pile.
5. Rappeler la relation entre la capacité électrique et la quantité de matière d'électrons échangés.
6. Calculer la variation de masse de l'anode lorsque la pile a débité un courant continu d'intensité 500 mA pendant 4,0 h.
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Données
- Masses molaires atomiques : M\text{(Ag)} = 107{,}9 g⋅mol-1 et M\text{(Ni)} = 58{,}7 g⋅mol-1
- Constante de Faraday : F = 9{,}65 \times 10^4 C⋅mol-1
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Protocole de réponse
1. Utiliser l'information donnée dans l'énoncé.
2. Écrire les équations dans le bon sens sachant que l'oxydation se passe à l'anode et qu'une réduction a lieu à la cathode.
3. Être bien attentif au nombre d'électrons échangés lors de la réaction.
4. et 5. Rappeler les relations utiles entre les caractéristiques d'une pile.
6. Exprimer la capacité électrique Q_\text{max} à partir de deux relations, l'une impliquant I et Δt, l'autre impliquant n_\text{e} et F.
Être bien attentif au nombre d'électrons échangés lors de la réaction pour faire le lien entre la quantité de matière d'électrons et celle de nickel.
2. Écrire les équations dans le bon sens sachant que l'oxydation se passe à l'anode et qu'une réduction a lieu à la cathode.
3. Être bien attentif au nombre d'électrons échangés lors de la réaction.
4. et 5. Rappeler les relations utiles entre les caractéristiques d'une pile.
6. Exprimer la capacité électrique Q_\text{max} à partir de deux relations, l'une impliquant I et Δt, l'autre impliquant n_\text{e} et F.
Être bien attentif au nombre d'électrons échangés lors de la réaction pour faire le lien entre la quantité de matière d'électrons et celle de nickel.
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Solution rédigée
1. L'anode est le siège de l'oxydation, c'est donc le nickel \text{Ni(s)} qui joue le rôle d'anode et l'argent le rôle de la cathode.
2. Les deux demi‑équations sont :
à l'anode : \mathrm{Ni}(\mathrm{s}) \rightarrow \mathrm{Ni}^{2+}(\mathrm{aq})+2\ \mathrm{e}^{-}
à la cathode : \mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{Ag}(\mathrm{s})
3. \mathrm{Ni}(\mathrm{s})+2 \mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{Ni}^{2+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{Ag}(\mathrm{s})
4. La capacité électrique Q_\text{max} d'une pile capable de débiter un courant supposé constant d'intensité I pendant une durée \Delta t est :
5. La capacité électrique Q_\text{max} est également liée au nombre d'électrons échangés suivant la relation :
6. Q_\text{max} = I ⋅ Δt
AN : Q_\text{max} = 0{,}500 \times 4{,}0 = 2{,}0 A·h = 7 200 C
Or, d'après la stœchiométrie de la réaction, pour une mole de nickel ayant réagi, deux moles d'électrons sont échangées :
Q_\text{max} = n_\text{e} ⋅ F
Q_\text{max} = 2 n\text{(Ni)} ⋅ F
n(\mathrm{Ni})=\frac{Q_{\max }}{2\ F}
n(\mathrm{Ni})= \frac{7 200}{2 \times 96 500}=0{,}037
D'où la masse de nickel \text{Ni(s)} consommé :
m\text{(Ni)} = n\text{(Ni)} · M\text{(Ni)}
AN : m\text{(Ni)} = 0{,}037 \times 58{,}7 = 2{,}2 g
2. Les deux demi‑équations sont :
à l'anode : \mathrm{Ni}(\mathrm{s}) \rightarrow \mathrm{Ni}^{2+}(\mathrm{aq})+2\ \mathrm{e}^{-}
à la cathode : \mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{e}^{-} \rightarrow \mathrm{Ag}(\mathrm{s})
3. \mathrm{Ni}(\mathrm{s})+2 \mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{Ni}^{2+}(\mathrm{aq})+2 \mathrm{Ag}(\mathrm{s})
4. La capacité électrique Q_\text{max} d'une pile capable de débiter un courant supposé constant d'intensité I pendant une durée \Delta t est :
Q_\text{max} = I \cdot \Delta t
5. La capacité électrique Q_\text{max} est également liée au nombre d'électrons échangés suivant la relation :
Q_\text{max} = n_\text{e} ⋅ F
6. Q_\text{max} = I ⋅ Δt
AN : Q_\text{max} = 0{,}500 \times 4{,}0 = 2{,}0 A·h = 7 200 C
Or, d'après la stœchiométrie de la réaction, pour une mole de nickel ayant réagi, deux moles d'électrons sont échangées :
Q_\text{max} = n_\text{e} ⋅ F
Q_\text{max} = 2 n\text{(Ni)} ⋅ F
n(\mathrm{Ni})=\frac{Q_{\max }}{2\ F}
n(\mathrm{Ni})= \frac{7 200}{2 \times 96 500}=0{,}037
D'où la masse de nickel \text{Ni(s)} consommé :
m\text{(Ni)} = n\text{(Ni)} · M\text{(Ni)}
AN : m\text{(Ni)} = 0{,}037 \times 58{,}7 = 2{,}2 g
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Doc. Mine indonésienne de nickel
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Crédits : SOPA Images/Getty
Le premier producteur mondial de nickel est l'Indonésie, suivie des Philippines et de la Russie selon l'INSG (groupe d'étude international du nickel).
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Mise en application
Découvrez l', Pile à combustible à dihydrogène, pour travailler cette notion.
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