La pile au m�thanol, Bac Nlle Cal�donie 2022. En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicit�s adapt�es � vos centres d’int�r�ts. . . . . . . .. .. ...... ... Une pile  � combustible ( PAC) est un assemblage  de cellules �l�mentaires, comprenant deux �lectrodes contenant un catalyseur ( le plus souvent du platine), s�par�es par un �lectrolyte, dont le r�le est de permettre la migration des ions d'une �lectrode  � l'autre. Le comburant est du dioxyg�ne. le combustible est le plus souvent du dihydrog�ne. Ce combustible gazeux  � temp�rature ambiante et inflammable, pose des probl�mes de stockage. Un autre combustible possible est le m�thanol. Ce combustible est certes toxique, mais liquide � temp�rature ambiante. Il est produit principalement  � partir du gaz naturel. On se dispense ainsi du probl�me de stockage du dihydrog�ne. Une telle pile  � combustible est appel�e DMFC ( Direct Methanol Fuel Cells). L'�lectrolyte utilis� 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 � l'anode n�gative : �lectrode 1. Une r�duction se produit � la cathode positive : �lectrode 2. A1.2 Indiquer le sens du courant �lectrique et les p�les de la pile. Sens du courant �lectrique : de la cathode positive vers l'anode n�gative. A1.3. Quel est le r�le de la membrane protonique ? Cette membrane est riche en ion H+. Ces derniers sont consomm�s � l'�lectrode 1 et apparaissent  � l'�lectrode 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 � l'int�rieur et � l'ext�rieur de la pile. ( voir sch�ma ci-dessus). A.2. Tcrire l'�quation de la r�action chimique mod�lisant 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 aliment�e par un volume V =5,0 mL d'une solution aqueuse de m�thanol � 10 % en volume et avec de l'air ambiant. A.3.1. Montrer que la quantit� de mati�re de m�thanol est n = 1,2 10-2 mol. Masse volumique du m�thanol : 0,792 g / mL. Masse de m�thanol : 5,0 x0,792 = 0,396 g. m(m�thanol) = 32,0 g / mol. n = 0,396 / 32 = 1,2 10-2 mol. A.3.2. Justifier que le dioxyg�ne est en exc�s. Le dioxyg�ne est issu de l'air, donc en large exc�s. A.3.3 D�terminer le volume d'air consomm� lors du fonctionnement de la pile. n(O2 ) =1,5 n(m�thanol = 1,5 x1,2 10-2 = 1,8 10-2 mol. Volume molaire  : 24,5 L / mol. Volume de dioxyg�ne : 1,8 10-2 x 24,5 =0,44 L. l'air contient 20 % de dioxyg�ne en volume. Volume d'air : 0,44 / 0,20 =2,2 L. ... .... B. Alimentation d'un circuit comportant un petit ventilateur. Les �l�ves aasocient deux piles en s�rie. L'intensite dans le circuit vaut I = 0,45 A. Chaque pile a un rendement de 70 %. B.1. Calculer la capacit� th�orique d'une pile. CH3OH aq +H2O (l) = CO2(g) +6e- +6H+aq. Quantit� de mati�re d'�lectrons : n(e-) = 6 n(m�thanol) = 6 x1,2 10-2 = 0,072 mol. Q = n(e-) F = 0,072 x 96500 =6948 ~6,9 103 C. B.2. Les �l�ves souhaitent faire fonctionner le ventilateur pendant une heure. Est ce possible ? Capacit� des deux piles en s�rie : 1,4 104 C. Tenir compte du rendement : 0,70 x1,4 104 =9,7 103 C. Dur�e de fonctionnement : 9,7 103 / intensit� = 9,7 103 / 0,45 =2,2 104 s ( 6,0 heures)

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