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Physique
Exercices
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EXERCICE I La production du courant électrique continu
Exercice I
1 On veut réaliser une pile à partir des couples Cu2+/Cu et Zn2+/Zn dont les potentiels standard sont E°(Cu2+/Cu) = 0,34V et E°(Zn2+/Zn) = – 0,76V
1.a - Faire le schéma du montage.
1.b - Donner l'écriture de la pile.
1.c - Quel métal constitue la cathode et pourquoi ?
1.d - Déterminer la f.e.m de cette pile.
2. On considère une pile Leclanché plate de 4,5V pouvant débiter une intensité I=20 mA pendant une durée t=100 heures
Mn=55; O=16; Zn=65,4 g mol-1. couple redox MnO2 /MnO(OH) et Zn2+ / Zn
2.a Écrire les réactions aux électrodes puis la réaction de fonctionnement.
2.b Quelle est la borne négative ?
2.c Quelle est la quantité d'électricité mise en jeu ?
2.d Quelles sont les masses minimales de réactifs nécessaires ?
2.e Quelle est l'énergie fournie sous forme de produits chimiques ?
Quelle est la puissance dissipée?
3. Calculer le volume de dihydrogène dégagé dans une pile volta si l’électrode de zinc a une masse de 10g et que 75% de cette masse a été utilisé pendant le fonctionnement de la pile. v0=22,4mol/l
4. Si la masse de l’électrode de cuivre de la pile Daniell augmente de de 10g pendant son fonctionnement,
4.a Quelle est la masse de l’autre électrode si elle était de 12g avant le la mise en marche de la pile?
4.b Quelle quantité d’électricité a donc circule dans la pile?
1.a - Faire le schéma du montage.
1.b - Donner l'écriture de la pile.
1.c - Quel métal constitue la cathode et pourquoi ?
1.d - Déterminer la f.e.m de cette pile.
2. On considère une pile Leclanché plate de 4,5V pouvant débiter une intensité I=20 mA pendant une durée t=100 heures
Mn=55; O=16; Zn=65,4 g mol-1. couple redox MnO2 /MnO(OH) et Zn2+ / Zn
2.a Écrire les réactions aux électrodes puis la réaction de fonctionnement.
2.b Quelle est la borne négative ?
2.c Quelle est la quantité d'électricité mise en jeu ?
2.d Quelles sont les masses minimales de réactifs nécessaires ?
2.e Quelle est l'énergie fournie sous forme de produits chimiques ?
Quelle est la puissance dissipée?
3. Calculer le volume de dihydrogène dégagé dans une pile volta si l’électrode de zinc a une masse de 10g et que 75% de cette masse a été utilisé pendant le fonctionnement de la pile. v0=22,4mol/l
4. Si la masse de l’électrode de cuivre de la pile Daniell augmente de de 10g pendant son fonctionnement,
4.a Quelle est la masse de l’autre électrode si elle était de 12g avant le la mise en marche de la pile?
4.b Quelle quantité d’électricité a donc circule dans la pile?
EXERCICE II La production du courant électrique continu
Exercice II
1 Dans la pile Leclanché, l'électrolyte est un gel contenant du chlorure d'ammonium NH4Cl.
- Cette pile est-elle saline ou alcaline ? Justifier.
2 Cette pile implique les couples Zn2+/Zn (E°= -0,76 V) et MnO2/MnO2H (E°= 1,5 V).
Écrire les deux demi-équations électroniques des couples oxydant / réducteur précédents. En fonction des potentiels,
— En déduire la polarité de chaque électrode ( dont vous préciserez le nom) et écrire la réaction de fonctionnement de la pile.
3 On met en contact une masse mZn = 20g de zinc et une masse mMnO2 = 0,97g d'oxyde de manganèse.
Déterminer la quantité de matière initiale des composés aux électrodes.
4 Combien d'électrons ont-ils été échangés au cours de la réaction ?
5 Cette pile débite un courant de 50 mA.
5-1 Calculer la quantité d'électricité parcourant le circuit, en coulomb et en ampèreheure (Ah).
5-2 En déduire le temps de fonctionnement de la pile.
5-3 En déduire la diminution de la masse de l'électrode de zinc.
e=1,6 10-19 C; NA= 6,02 1023mol-1, 1F= 96500C mol-1; Zn :65,4; Mn: 54,9; O : 16 ; H: 1 g/mol.
- Cette pile est-elle saline ou alcaline ? Justifier.
2 Cette pile implique les couples Zn2+/Zn (E°= -0,76 V) et MnO2/MnO2H (E°= 1,5 V).
Écrire les deux demi-équations électroniques des couples oxydant / réducteur précédents. En fonction des potentiels,
— En déduire la polarité de chaque électrode ( dont vous préciserez le nom) et écrire la réaction de fonctionnement de la pile.
3 On met en contact une masse mZn = 20g de zinc et une masse mMnO2 = 0,97g d'oxyde de manganèse.
Déterminer la quantité de matière initiale des composés aux électrodes.
4 Combien d'électrons ont-ils été échangés au cours de la réaction ?
5 Cette pile débite un courant de 50 mA.
5-1 Calculer la quantité d'électricité parcourant le circuit, en coulomb et en ampèreheure (Ah).
5-2 En déduire le temps de fonctionnement de la pile.
5-3 En déduire la diminution de la masse de l'électrode de zinc.
e=1,6 10-19 C; NA= 6,02 1023mol-1, 1F= 96500C mol-1; Zn :65,4; Mn: 54,9; O : 16 ; H: 1 g/mol.
EXERCICE III La production du courant électrique continu
Exercice III
Dans la pile Leclanché, on étudie la consommation de la masse m de zinc en fonction du temps d’utilisation.
Les résultats expérimentaux sont consignés dans le tableau
Les résultats expérimentaux sont consignés dans le tableau
| \(t(s)\) | 6 | 9 | 12 | 18 | 24 | 30 | 36 | 54 |
| \({m_{zn}} \times {10^{ - 3}}(g)\) | 1,01 | 1,51 | 2,01 | 3,02 | 4,03 | 5,04 | 6,05 | 9,07 |
1 Construire la courbe mZn = f (t)
Échelle 1cm pour 6 s, 1cm pour 10-3 g
2 Écrire les équations aux électrodes de cette pile.
3 Exprimer mZn =f (t)
4 En déduire la valeur moyenne de l’intensité de courant que cette pile débite.
Zn : 65,4g/mol, 1F= 96500 c.mol-1
Échelle 1cm pour 6 s, 1cm pour 10-3 g
2 Écrire les équations aux électrodes de cette pile.
3 Exprimer mZn =f (t)
4 En déduire la valeur moyenne de l’intensité de courant que cette pile débite.
Zn : 65,4g/mol, 1F= 96500 c.mol-1
EXERCICE IV La production du courant électrique continu
Exercice IV
1 Une pile saline Leclanché contient 1,13g de MnO2.
1.1 Quelle est la masse de zinc consommée lorsqu’il ne reste que la moitié du dioxyde de manganèse?
1.2 On remplace le godet en zinc par du fer. Quelle est la masse de fer utilisée ?
2. Pile au magnésium. C’est une pile Mg – MnO2 utilisée par les militaires. Cette pile fonctionne comme la pile Leclanché en remplaçant Zn par Mg.
2.1 Écrivez les équations des réactions aux 2 pôles, puis le bilan de fonctionnement de la pile.
2.2 Quelle est la tension aux bornes de cette pile. MnO2 / MnOOH): E° = 1,01 V.
1.1 Quelle est la masse de zinc consommée lorsqu’il ne reste que la moitié du dioxyde de manganèse?
1.2 On remplace le godet en zinc par du fer. Quelle est la masse de fer utilisée ?
2. Pile au magnésium. C’est une pile Mg – MnO2 utilisée par les militaires. Cette pile fonctionne comme la pile Leclanché en remplaçant Zn par Mg.
2.1 Écrivez les équations des réactions aux 2 pôles, puis le bilan de fonctionnement de la pile.
2.2 Quelle est la tension aux bornes de cette pile. MnO2 / MnOOH): E° = 1,01 V.
EXERCICE V La production du courant électrique continu
Exercice V
La batterie d’une automobile est constituée par l’association, en série, de plusieurs éléments d’accumulateurs au plomb.
1. Lors de la décharge:
- Écrire les équations aux électrodes et l’équation de réaction.
2. Le fonctionnement du démarreur nécessite un courant d’intensité
100A, Le conducteur actionne le démarreur pendant 2s, quelle est la masse de plomb consommée? mPb=207,2g/mol
3 Lors de la charge, l’accumulateur est branché en opposition avec un générateur dont la force électromotrice est supérieure à celle de l’accumulateur. La borne positive du générateur est reliée à la borne positive de l’accumulateur et sa borne négative à celle de l’accumulateur.
3.1 Écrire l’équation de la réaction.
3.2 La transformation est-elle spontanée ou forcée?
1. Lors de la décharge:
- Écrire les équations aux électrodes et l’équation de réaction.
2. Le fonctionnement du démarreur nécessite un courant d’intensité
100A, Le conducteur actionne le démarreur pendant 2s, quelle est la masse de plomb consommée? mPb=207,2g/mol
3 Lors de la charge, l’accumulateur est branché en opposition avec un générateur dont la force électromotrice est supérieure à celle de l’accumulateur. La borne positive du générateur est reliée à la borne positive de l’accumulateur et sa borne négative à celle de l’accumulateur.
3.1 Écrire l’équation de la réaction.
3.2 La transformation est-elle spontanée ou forcée?
EXERCICE VI La production du courant électrique continu
Exercice VI
1. Une pile bouton contient 1,85 g d’oxyde d’argent.
1.a Ecrivez les réactions d’oxydation et de réduction entre les couples Ag2O/Ag (E° = 0,34 V) et \(Zn(OH)_4^{2 - }\)/Zn (E° = –1,20 V).
1.b Quelle est la tension à vide fournie par la pile ?
1.c Quelle est la masse de Zn qui disparaît pendant le fonctionnement de la pile ?
2. Une pile plate de type Leclanché a une f.é.m. de 6v, elle débite dans une lampe un courant d’intensité I=5mA pendant 70h.
2.a Combien d’éléments cette pile comporte?
2.b Déterminer sa capacité, sa puissance et l’énergie totale libérée au cours de son fonctionnement.
3. La capacité de l’accumulateur lithium-ion d’un téléphone portable est Q= 2800mA. La charge de cet accumulateur dure 1h30min environ. non utilisée, il se décharge complètement après 1 semaine. Son rendement en quantité d’électricité est 0,95 Calculer les intensités des courants de décharge et de charge.
4. Une pile alcaline Zn-MnO2 de f.é.m. 1,5V débite de manière continue dans un smart phone un courant d’intensité I=5 10-3 A pendant 724h, Calculer sa capacité, sa puissance et l’énergie totale libérée.
1.a Ecrivez les réactions d’oxydation et de réduction entre les couples Ag2O/Ag (E° = 0,34 V) et \(Zn(OH)_4^{2 - }\)/Zn (E° = –1,20 V).
1.b Quelle est la tension à vide fournie par la pile ?
1.c Quelle est la masse de Zn qui disparaît pendant le fonctionnement de la pile ?
2. Une pile plate de type Leclanché a une f.é.m. de 6v, elle débite dans une lampe un courant d’intensité I=5mA pendant 70h.
2.a Combien d’éléments cette pile comporte?
2.b Déterminer sa capacité, sa puissance et l’énergie totale libérée au cours de son fonctionnement.
3. La capacité de l’accumulateur lithium-ion d’un téléphone portable est Q= 2800mA. La charge de cet accumulateur dure 1h30min environ. non utilisée, il se décharge complètement après 1 semaine. Son rendement en quantité d’électricité est 0,95 Calculer les intensités des courants de décharge et de charge.
4. Une pile alcaline Zn-MnO2 de f.é.m. 1,5V débite de manière continue dans un smart phone un courant d’intensité I=5 10-3 A pendant 724h, Calculer sa capacité, sa puissance et l’énergie totale libérée.
