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Le 31/01/2013 Page : 1 / 2 DEVOIR (Correction) TS1- TS4
I. Du dihydrogène photosynthétisé
1) Les modes actuels de production du dihydrogène sont l'électrolyse basique de l'eau et la pyrolyse de la biomasse.
2) 2H2O (l) → 2 H2(g) + O2(g)
3) L'électrolyse de l'eau fait appel à des combustibles fossiles comme source d'énergie. Son bilan carbone est donc négatif. De même pour la pyrolyse de la biomasse : si la réaction en elle-même présente un bilan carbone neutre, l'ensemble du processus fait encore appel à des combustibles fossiles. La solution envisagée pour pallier ces inconvénients est de produire le dihydrogène biologiquement, par photosynthèse.
4) La production du dihydrogène par photosynthèse consiste à placer des algues judicieusement choisies (possédant une enzyme appelée hydrogénase) dans des conditions particulières (milieu de culture dénué de soufre). Celles-ci passent alors de la production de dioxygène (photosynthèse classique) à la production de dihydrogène.
5) 2 H+ + 2 e– = H2(g)
6) La bioproduction du dihydrogène est encore au stade expérimental. En effet, l'hydrogénase est fortement sensible au dioxygène dégagé en parallèle lors de la biophotolyse de l'eau. Il faut donc parvenir à empêcher le contact de l'hydrogénase avec le dioxygène au cours du processus.
II. Rouler en limitant les émissions de dioxyde de carbone 1. Construction des étapes de la résolution
1.1. La formule générale d'un alcane est CnH2n+2 avec n entier.
1.2. 2 C8H18(l) + 25 O2(g) → 16 CO2(g) + 18 H2O (l)
1.3. L'octane est le réactif limitant car le dioxygène est présent en très grande quantité dans l'air environnant.
1.4. La formule brute du méthane est CH4. 1.5. CH4(g) + 2 H2O (l) → 4 H2(g) + CO2(g)
2. Mise en œuvre des étapes de la résolution
2.1. La voiture a consommé 6,5 L d'octane. La masse d'octane consommé est : m(octane) = ρ(octane) × V(octane) = 810 × 6,5 = 5,3 × 103 g.
On calcule la masse molaire de l'octane : M(octane) = 8 M(C) + 18 M(H) = 8 × 12 + 18 × 1,0 = 114 g.mol-1. La quantité de matière d'octane consommé lors des 100 km est : n(octane) = m(octane)
M(octane) = 53 × 103
114 = 46 mol.
2.2.
équation-bilan 2 C8H18(l) + 25 O2(g) → 16 CO2(g) + 18 H2O (l)
Etat initial x = 0 n(octane) Excès 0 0
en cours x n(octane) – 2x Excès 16 x 18 x
Etat final x = xmax n(octane) – 2xmax Excès 16 xmax 18 xmax
L’octane sera totalement consommé quand n(octane) – 2xmax = 0 soit xmax = n(octane) 2 = 46
2 = 23 mol 2.3. La quantité de dioxyde de carbone formé est n(CO2) = 16 xmax = 16 × 23 = 368 mol.
Le volume de dioxyde de carbone est V(CO2) = n(CO2) × VM = 368 × 24 = 8,8 × 103 L = 8,8 m3 2.4. La quantité de dihydrogène consommée est n(H2) = m(H2)
M(H2) = 1,14 × 103
2,00 = 570 mol 2.5. D’après l'équation établie à la question 1.5., on a n(CO2) = n(H2 )
4 = 570
4 = 143 mol ; Le volume de dioxyde de carbone formé par la « classe B » est V(CO2) = n(CO2) × VM = 143×24 soit V(CO2) = 3,4×103 L = 3,4 m3 2.6. Le véhicule fonctionnant avec la pile à combustible produit 2,5 fois moins de dioxyde de carbone que le
véhicule classique.
3. Regard critique sur la résolution
3.1. On devrait essayer de se passer de l'énergie électrique provenant du nucléaire pour essayer de diminuer la production de déchets nucléaires qui posent des problèmes de stockage et de toxicité pour l'environnement.
De plus, les centrales fonctionnent avec l'uranium qui n'est pas une ressource inépuisable, il arrivera un moment où les réserves seront épuisées.
3.2. L'avantage du dihydrogène produit par des carburants fossiles est le moindre coût de production. L'avantage des ressources renouvelables est qu'elles sont moins polluantes.
4. Pour conclure
4.1. Il semblerait que la production de dioxyde de carbone puisse baisser mais il faudrait aussi changer notre mode de vie : développer le covoiturage, essayer de se passer de son véhicule pour effectuer de courtes distances, avoir une conduite amenant à une consommation plus faible...
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1 1 2
2 1 2
3 1 2 3
4 1 2 3
5 1 2
I
6 1 2 /14
1.1 1 1.2 1 1.3 1 1.4 1
1.5 1 2 3
2.1 1 2 3 4 CS-U
2.2 1 2 3 CS-U
2.3 1 2 CS-U
2.4 1 2 CS-U
2.5 1 2 2.6 1 2 3.1 1 2 3.2 1 2 II
4.1 1 2 /28
TOTAL : ... /42 NOTE : ... /20
