Sujet Physique-Chimie — Terminale — Polynésie — Bac 2012

EXERCICE 1 : UN DOSAGE POUR DÉTERMINER LA DURÉE DE FONCTIONNEMENT D’UNE PILE (7 POINTS) La pile étudiée est une pile diiode - zinc. Elle est composée de deux demi-piles reliées par un pont salin, papier filtre imbibé d’une solution de chlorure de potassium (K+ +Cl- ). La première demi-pile (compartiment 1) est constituée d’une lame de (aq) (aq) zinc plongeant dans 100 mL de solution contenant des ions zinc à la concentration molaire [Zn2+ ] = 1,0 × 10-1 mol.L-1. La seconde demi-pile (compartiment 2) est (aq) 0 constituée d’une lame de platine plongeant dans 100 mL d’une solution brune contenant du diiode de concentration molaire [I ] = 1,0 × 10-1 mol.L-1 et des ions 2(aq) 0 iodure de concentration molaire [I- ] = 5,0 × 10-2 mol.L-1. L’électrode de platine ne (aq) 0 subit aucune altération chimique lorsque la pile fonctionne. On associe à cette pile un ampèremètre et une résistance en série comme indiqué sur le schéma ci-dessous. Données : Couples oxydant réducteur : I /I- Zn2+/Zn 2 Constante de Faraday : F = 96 500 C.mol-1 1. Réalisation de la pile 1.1. Sur le schéma de l’annexe 1 à rendre avec la copie, indiquer le sens conventionnel du courant et les polarités de la pile. Justifier. 1.2. Écrire les demi-équations des réactions se produisant aux électrodes et préciser la nature de ces réactions. 1.3. En déduire l’équation globale de fonctionnement de la pile. 1.4. Préciser la nature et le sens de déplacement des porteurs de charges à l’intérieur et à l’extérieur de la pile en complétant le schéma de l’annexe 1 à rendre avec la copie. 12PYSCSPO1 Page 2/11 2. Étude de la pile 2.1. Donner l’expression du quotient de réaction initial Q et calculer sa valeur. ri 2.2. La constante d’équilibre associée à l’équation de la réaction ayant pour réactifs le zinc métal et le diiode en solution aqueuse est K = 1046 à la température T = 25 °C. Prévoir le sens d’évolution spontanée du système chimique constituant la pile. 2.3. Que peut-on dire de l’évolution de la concentration molaire en diiode dans le compartiment 2 lorsque la pile fonctionne ? Justifier à partir de l’expression du quotient de réaction Q. r 3. Durée de fonctionnement de la pile On laisse fonctionner la pile pendant la durée D t. On suppose que l’intensité I du courant débité par la pile reste constante et