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Le 05/02/2015 Devoir n°3 (2h) - Calculatrice autorisée - Correction Page : 1 / 4
I. Un exercice « salé » ou comment déterminer la concentration en ion chlorure (13 points) 1. Dosage par la méthode de Fajans
1.1. Le terme incorrect utilisé est le poids. Il faut écrire la masse à la place.
1.2. L’emploi de la dichlorofluorescéine est moins dangereux que le chromate de potassium. Ce dernier est cancérigène, toxique. La dichlorofluorescéine est irritante.
1.3. La valeur de la salinité de l’eau pour que l’artémia puisse survivre est de 30g.L-1.
1.4. Dans le but de déterminer la valeur de la salinité, nous allons d’abord déterminer la chlorinité de l’eau puis utiliser la relation donnée dans le document 1 entre salinité et chlorinité. Afin de déterminer la concentration en ions chlorure ou chlorinité dans l’échantillon dilué 20 fois, nous nous basons sur l’équation support du titrage : Ag+(aq) + Cℓ-(aq) AgCl (s) et nous utilisons la relation entre les quantités de matière de réactif titrant et de réactif titré à l’équivalence : n(Ag+(aq))
1 = n(Cℓ-(aq))
1 (conditions stœchiométriques) soit c VE = c1 V1 d’où c1 = c VE
V1
; c1 = 5,00 10-2 17,1
10,0 = 8,55 10-2 mol.L-1 On en déduit la concentration 20 fois plus grande en ions chlorure de l’eau de la lagune :
[Cℓ-(aq)] = 20 8,55 10-2 = 1,71 mol.L-1 On peut en déduire ensuite sa chlorinité : (Cl) = [Cℓ-(aq)] M(Cℓ) (Cl) = 1,71 35,5 = 60,7 g.L-1 puis sa salinité (S) = 1,806655 60,7 = 110 g.L-1
La salinité étant supérieure à la limite inférieure de 30 g.L-1, la vie de l’artémia est donc possible dans cette lagune salicole.
2. Dosage conductimétrique
2.1. Matériel indispensable pour réaliser ce protocole expérimental.
bécher de 50 mL
éprouvette graduée de 100 mL
fiole jaugée de 100, 0 mL
fiole jaugée de 50,0 mL pipette graduée
de 5,0 mL
pipette jaugée de 10,0 mL
pipette graduée de 1,0 mL
bécher de 100 mL bécher
de 250 mL
pipette graduée de 25,0 mL
burette graduée de 25,0 mL
sonde pH-métrique sonde
conductimétrique
erlenmeyer de 250 mL
pipette jaugée de 20,0 mL 2.2. Courbe = f(V) page 3.
2.3. Il faut tracer deux demi-droites. A leur intersection se situe le point d’équivalence. VE = 8,5 mL.
2.4. Avant l’équivalence, les ions chlorure réagissent avec les ions argent donc leur concentration diminue. Les ions argent ne sont donc pas présents dans le mélange. La concentration des ions nitrate augmente car ils sont introduits avec la solution de nitrate d’argent. Les ions sodium voit leur concentration diminuer par effet de dilution. Globalement, la conductivité diminue car la conductivité molaire des ions chlorure est inférieure à celle des ions sodium et des ions nitrate.
Après l’équivalence, les ions chlorure ont tous été éliminés. La concentration des ions argent et des ions nitrate augmentent (on verse toujours de la solution de nitrate d’argent). La concentration des ions sodium diminue par effet de dilution. Globalement, la conductivité augmente car la conductivité molaire des ions nitrate et des ions argent est plus élevées que celle des ions sodium.
2.5. A l’équivalence : n(Ag+(aq)) = n(Cℓ-(aq)) car la réaction a lieu mole à mole soit c’ VE = c2 V2 d’où c2 = c' VE
V2
; c2 = 4,00 10-2 8,5
20,0 = 1,7 10-2 mol.L-1 concentration en ions chlorure de l’eau de la lagune diluée 100 fois soit C2 = 100 c2 = 1,7 mol.L-1 pour l’eau de la lagune 2.6. la chlorinité (notée Cl) est : (Cl) = C’ M(Cℓ) = 1,7 35,5 = 60 g.L-1
Loi de Dittmar : salinité (S) = 1,806655 chlorinité (Cl) = 1,806655 60 = 109 g.L-1 (108 g.L-1 en arrondissant à 60 g.L-1). La valeur de la salinité est très proche de la précédente.
L’erreur relative est de 110 - 109
109 100 = 0,9 % (ou 1,8% avec 108 g.L-1)
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II. Pile à hydrogène (8 points)
1) Légende de l’électrolyse de l’eau schématisée ci-dessous.
2) H2(g) 2 H+ + 2 e- : c’est une oxydation qui a lieu à l’anode.
O2(g) + 4H+ + 4 e- 2H2O (ℓ) : c’est une réduction qui a lieu à la cathode.
3) Compléter alors le schéma de la pile à combustible et indiquer le sens de déplacement des électrons.
4) Compléter ci-dessous la chaîne énergétique que Mme Dupondt souhaite réaliser
5) La conversion (a) a un rendement de 20% grâce aux panneaux solaires La conversion (b) a un rendement de 60% suite à l’électrolyse
La conversion (c) a un rendement de 50% grâce à la pile à combustible.
I
anode cathode
e-
dihydrogène
dioxygène
H2(g)
H2(g) en excédent
O2(g)
H2O (ℓ) électrolyte
H+
H+
électrode électrode
lampe
e- e-
e-
e- e-
énergie solaire
énergie électrique
énergie chimique
énergie électrique
(a) (b) (c)
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6) Il faut voir si l’énergie électrique fournie par les panneaux solaires pendant un an va permettre de produire suffisamment de dihydrogène pour faire fonctionner la voiture à hydrogène qui parcourt 20 000 km par an. Vu qu’un réservoir de 110 L de H2 permet une autonomie de 200 km, la voiture a besoin de 11 000 L de H2 par an.
Calculons le volume de H2 produit par la chaîne énergétique de (1) à (3) en tenant compte des différents rendements.
Energie solaire reçue pendant 1 an :
E(solaire) =Sur face des panneaux Puissance solaire durée d’ensoleillement pendant 1 an E(solaire) = 70 200 365 (12 3 600 )= 2,2 1011 J
Energie électrique obtenue suite à (1) : 0,2 E(solaire) = 4,4 1010 J
Energie chimique obtenue par électrolyse suite à (2) : 0,6 4,4 1010 = 2,65 1010 J
Sachant que l’énergie chimique à fournir pour former une mole de dihydrogène est 286 103 J.mol-1, la quantité d’énergie précédente permet de former 9,26 104 mole de H2
Sachant que le volume molaire dans le réservoir est 0,070 L.mol-1, cette quantité de matière correspond à un volume de dihydrogène de 6,48 103 L.
On voit que la surface de panneaux voltaïque proposée par Mme Dupondt est insuffisante pour atteindre son objectif ; une surface voisine du double lui permettrait d’atteindre aisément cet objectif.
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I
1.1 1 2
/39 1.2 1 2 3 4
1.3 1
1.4 1 2 3 4 5 6 7 2.1 1 2 3 4 5
2.2 1 2 3 4 2.3 1 2 3 4 2.4 1 2 3 4 2.5 1 2 3 4 2.6 1 2 3 4
II
1 1 2 3 4 5
/24 2 1 2 3 4
3 1 2
4 1 2 3 4 5 1 2 3
6 1 2 3 4 5 6
