La pile au méthanol,Bac Nlle Calédonie 2022. Bac Nlle Calédonie 2022. En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adapté Bac Nlle Calédonie 2022.

Une pile à combustible ( PAC) est un assemblage de cellules élémentaires, comprenant deux électrodes contenant un catalyseur ( le plus souvent du platine), séparées par un électrolyte, dont le rôle est de permettre la migration des ions d'une électrode à l'autre.
Le comburant est du dioxygène. le combustible est le plus souvent du dihydrogène. Ce combustible gazeux à température ambiante et inflammable, pose des problèmes de stockage.
Un autre combustible possible est le méthanol. Ce combustible est certes toxique, mais liquide à température ambiante. Il est produit principalement à partir du gaz naturel. On se dispense ainsi du problème de stockage du dihydrogène. Une telle pile à combustible est appelée DMFC ( Direct Methanol Fuel Cells). L'électrolyte utilisé est acide.

A. Etude du fonctionnement de la pile.
Electrode 1 : CH₃OH aq +H₂O (l) = CO₂(g) +6e^- +6H⁺aq.
Electrode 2 : O₂(g) +4e^- +4H⁺aq = 2H₂O(l).
A1.1 Identifier l'anode et la cathode.
Une oxydation se produit à l'anode négative : électrode 1.
Une réduction se produit à la cathode positive : électrode 2.
A1.2 Indiquer le sens du courant électrique et les pôles de la pile.
Sens du courant électrique : de la cathode positive vers l'anode négative.
A1.3. Quel est le rôle de la membrane protonique ?
Cette membrane est riche en ion H⁺. Ces derniers sont consommés à l'électrode 1 et apparaissent à l'électrode 2. Dans cette membrane, on observe le transfert des ions H⁺ de l'anode vers la cathode.
A.1.4. Indiquer les sens des porteurs de charges à l'intérieur et à l'extérieur de la pile. ( voir schéma ci-dessus).
A.2. Tcrire l'équation de la réaction chimique modélisant le fonctionnement de la pile.
2 fois { CH₃OH aq +H₂O (l) = CO₂(g) +6e^- +6H⁺aq }
3 fois { O₂(g) +4e^- +4H⁺aq = 2H₂O(l)}
Ajouter : 2CH₃OH aq +2H₂O (l) +3O₂(g) +12e^- +12H⁺aq= 2CO₂(g) +12e^- +12H⁺aq + 6H₂O(l).
Simplifier : 2CH₃OH aq +3O₂(g) = 2CO₂(g) + 4H₂O(l).
La pile est alimentée par un volume V =5,0 mL d'une solution aqueuse de méthanol à 10 % en volume et avec de l'air ambiant.
A.3.1. Montrer que la quantité de matière de méthanol est n = 1,2 10^-2 mol.
Masse volumique du méthanol : 0,792 g / mL.
Masse de méthanol : 5,0 x0,792 = 0,396 g.
m(méthanol) = 32,0 g / mol.
n = 0,396 / 32 = 1,2 10^-2 mol.
A.3.2. Justifier que le dioxygène est en excès.
Le dioxygène est issu de l'air, donc en large excès.
A.3.3 Déterminer le volume d'air consommé lors du fonctionnement de la pile.
n(O₂ ) =1,5 n(méthanol = 1,5 x1,2 10^-2 = 1,8 10^-2 mol.
Volume molaire : 24,5 L / mol.
Volume de dioxygène : 1,8 10^-2 x 24,5 =0,44 L.
l'air contient 20 % de dioxygène en volume.
Volume d'air : 0,44 / 0,20 =2,2 L.