Cours en ligne Physique-Chimie en Maths Spé

Chapitres Physique-Chimie en MP, PSI, PC, MPI, TSI, PT

Exercices et corrigés sur l’électrochimie en MP, MPI, PSI, PC et PT

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Résumé de cours Exercices et corrigés

Ces exercices corrigés pour la maths spé en physique chimie sur l’électrochimie pourront vous aider à mieux comprendre les notions sur les courbes courant-potentiel, piles, électrolyseurs, accumulateurs. Sur la plateforme Groupe Réussite, nous vous mettons à disposition des profils de professeurs de physique chimie compétents et expérimentés qui peuvent vous donner des cours et vous accompagner du début d’année jusqu’aux concours.

QCM sur l’électrochimie en maths spé

Question 1 :

Une pièce de métal $M$ est plongée dans l’eau de mer, aérée, en (A) où le courant est fort, ou en (B) où l’eau est stagnante.

a. La vitesse de corrosion est plus grande en A qu’en B

b.La vitesse de corrosion est plus grande en B qu’en A

c. La vitesse de corrosion est la même en A qu’en B.

Question 2 :

Lorsqu’une pile formée par deux couples rédox 1 et 2 est court-circuitée, la tension $U$ à ses bornes vaut

a. $U=0$

b. $U=E_{\mathrm{Nernst 1}}-E_{\mathrm{Nernst 2}}$

c. $U=E^0_1-E^0_2$

d. $U=(E_{\mathrm{Nernst 1}}+\eta_{A1})-(E_{\mathrm{Nernst 2}}+\eta_{C2})$

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Corrigé du QCM de maths spé sur l’électrochimie

Question 1 :

La bonne réponse est la a.

Dans l’eau stagnante, les ions $M^{m+}$ ne sont pas évacués, donc $[M^{m+}]$ augmente, donc le potentiel de Nernst du métal augmente, donc la courbe courant-potentiel se déplace vers la droite, donc l’intensité de corrosion diminue.

Question 2 :

La bonne réponse est a.

La pile est court-circuitée donc $E_1=E_2$

Exercices sur l’électrochimie en maths spé

Exercice sur l’électrolyse de l’eau.

1. Quels produits donne l’électrolyse de l’eau ?

2. Pourquoi l’électrolyse de l’eau pure est-elle difficile ?

3. Pour produire du dioxygène quoi a-t-on plutôt intérêt à électrolyser une solution d’acide sulfurique plutôt que d’acide chlorhydrique ?

On donne

$E^0(S_2O_8^{2-}/SO_4^{2-})=2,08~\mathrm{V}$

$E^0(Cl_2/Cl^-)=1,36~\mathrm{V}$

Exercice sur l’accumulateur.

Pourquoi, dans un accumulateur, les couples sont-ils plutôt

$M(OH)_m/M$

(où $M$ est un métal)

plutôt que $M^{m+}/M$ ?

On cherchera à donner un argument cinétique, un argument technologique et un argument thermodynamique.

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Corrigé des exercices l’électrochimie en prépa MP, MPI, PC, PSI et PT

Corrigé sur le disque compact.

À l’anode

$\mathrm{2H_2O=4H^++4e^-+O_2(g)}$

À la cathode

$\mathrm{2H_2O+2e^-=H_2(g)+2HO^-}$

Il y a donc dégagement de dioxygène à l’anode et de dihydrogène à la cathode.

2. La pauvreté en ions rend l’eau pure très peu conductrice, donc la résistance interne est très forte.

3. L’ion chlorure est en dessous du mur du solvant, l’ion sulfate au dessus.

Il y a donc oxydation du chlorure et formation de dichlore, gaz très toxique, si on électrolyse une solution d’acide chlorhydrique, alors que l’ion sulfate n’est pratiquement jamais oxydé quand on électrolyse l’acide sulfurique.

Corrigé sur l’accumulateur en prépa

Argument cinétique.

Dans le fonctionnement en pile, $M$ s’oxyde et les ions $M^{m+}$ ont tendance à se disperser dans la solution.

La conséquence est que dans le fonctionnement en électrolyse (recharge de l’accumulateur), la reformation du métal est plus lente (ralentissement par diffusion des ions). Dans le cas de $M(OH)_m$ , le précipité reste à proximité de l’électrode.

Argument technologique.

Dans le fonctionnement en pile, $M$ s’oxyde et les ions $M^+$ ont tendance à se disperser dans la solution.

La conséquence est que dans le fonctionnement en électrolyse (recharge de l’accumulateur), la reformation du métal risque de ne pas être localisée sur l’électrode de métal, l’électrode se déforme progressivement et le fonctionnement de la pile se dégrade à chaque cycle.

En particulier, si une pointe de métal se forme par croissance dendritique, cette pointe risque de casser et le métal concerné ne participera plus aux échanges. Dans le cas de $M(OH)_m$ , le précipité reste à proximité de l’électrode.

Argument thermodynamique.

Dans le fonctionnement en pile, $M$ s’oxyde et la concentration $[M^+]$ augmente. Le potentiel de Nernst du couple augmente et la tension de la pile fluctue. Dans le cas de $M(OH)_m$ , solide, le potentiel de Nernst ne varie pas. L’argument est le même dans le cas du fonctionnement en électrolyseur (recharge).

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