L'acide
formique pour stocker de l'hydrog�ne, bac Asie 2022.
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d’int�r�ts.
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Partie A - Int�r�t de l’acide formique pour
le stockage du dihydrog�ne
L’objectif de cette partie A est d’�tudier l’int�r�t de l’acide
formique pour le stockage du dihydrog�ne par rapport au stockage du gaz
sous pression.
1. La formule
semi-d�velopp�e de l’acide formique est donn�e ci-contre.
Justifier que cet acide se nomme acide m�thano�que dans la nomenclature
officielle.
2. V�rifier
qu’un litre de dihydrog�ne � la pression 𝑃=350 bar et � la
temp�rature de 25 �C contient une masse m=28 g de dihydrog�ne. On
supposera que ce gaz ob�it � l’�quation des gaz parfaits dans ces
conditions de temp�rature et de pression.
PV = n RT ; n = PV / (RT) = 350 105 x1 10-3) /
(8,3 x298) =14,15 mol.
Masse : 14,15 M(H2) = 14,15 x2 ~28 g.
Pour r�cup�rer le dihydrog�ne � partir de l’acide formique, on r�alise
une transformation dont l’�quation de r�action est : HCOOH (l) -->H2(g)+CO2(g)
Cette transformation est consid�r�e comme totale.
3. V�rifier qu’un
litre d’acide formique permet de produire 53 g de
dihydrog�ne.
Masse volumique de l'acide formique : 1,22 kg / L. M(HCOOH) =46 g
/ mol.
Masse de 1 L d'acide formique : 1,22 kg ; quantit� de mati�re n = 1,22
103 / 46 =26,5 mol.
Masse d'hydrog�ne m = n M(H2) =26,5 x2 =53 g.
4. Citer deux
avantages de l’acide formique pour le stockage du
dihydrog�ne par rapport au stockage du gaz sous pression.
Evite des contenants capable de supporter de fortes pressions.
L'acide formique est tr�s peu inflammable et liquide � temp�rature
ambiante.
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Partie
B – Contr�le de la teneur en acide formique d’une solution aqueuse
d’acide formique
On met en oeuvre une m�thode conductim�trique pour contr�ler rapidement
la teneur en acide formique d’une solution aqueuse d’acide formique
pr�par�e par les chercheurs de l’universit� de Rice.
� cet effet :
On dilue 100 fois la solution aqueuse S0 d’acide formique
pr�par�e par les chercheurs. On obtient une solution fille S1
de concentration 𝐶1.
On pr�l�ve un volume 𝑉1=1,00 L de cette solution S1.
On r�alise une mesure de la conductivit� de la solution S1.
L’�quation de la r�action acido-basique de l’acide formique avec l’eau
est :
HCOOH(aq)+H2O =HCOO−(aq)+H3O+(aq)
(r�action 1)
En vue de relier la conductivit� � la concentration, on fait les
hypoth�ses suivantes :
On n�glige l’effet de l’autoprotolyse de l’eau.
On suppose que les seules esp�ces contribuant significativement � la
conductivit� de la solution sont les ions oxonium, H3O+,
et les ions formiate, HCOO−.
5. Exprimer la
conductivit� s de
la solution en fonction des concentrations et des conductivit�s
molaires ioniques des ions oxonium et des ions formiate.
s = l(H3O+) [H3O+] + l(HCOO−) [HCOO−] .
6. En d�duire une relation entre 𝜎, l(H3O+), l(HCOO−), 𝑉1 et l’avancement
xf en fin de r�action pour la r�action 1 (xf en
mol).
[H3O+] = [HCOO−] =xf / V1.
s =( l(H3O+) + l(HCOO−) )xf / V1.
La mesure de la
conductivit� de la solution S1 donne 144 mS�m−1
.
7. Montrer que
l’avancement en fin de r�action a pour valeur : xf=3,56�10−3
mol.
144 =(35,0 +5,46) )xf / (1 10-3)
; xf =144 10-3/
40,46=3,56�10−3
mol.
On admet que la
constante d’�quilibre Ka peut s’�crire en fonction de l’avancement en
fin de r�action xf sous la forme approch�e :
Ka=(xf / V1)2�1 /(c0�C1)
8. D�terminer la
valeur de la concentration molaire 𝐶1 de la solution S1
. Ka = 1,77 10-4.
1,77 10-4 =(3,56�10−3)2 / C1 ; C1 =7,2 10-2 mol / L.
9. En d�duire la concentration molaire 𝐶0 de la solution 𝑆0.
Comparer qualitativement la concentration obtenue � la teneur en acide
formique annonc�e dans l’article du document 2 ( 7,0 mol / L).
C0 = 100 C1 =7,2 mol / L.
Ecart relatif (7,2-7) / 7 ~ 3 %. Les deux r�sultats sont en accord.
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