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Exercice 1 – Batteries au lithium (9 points) Le 9 octobre 2019, le prix Nobel de chimie a récompensé trois scientifiques pour leurs recherches sur les batteries lithium-ion. Ces batteries rechargeables avec une capacité de stockage d'énergie inédite alimentent aujourd’hui de nombreux appareils électroniques et voitures électriques. Dans cet exercice,
Exercice 1 – Batteries au lithium (9 points) Le 9 octobre 2019, le prix Nobel de chimie a récompensé trois scientifiques pour leurs recherches sur les batteries lithium-ion. Ces batteries rechargeables avec une capacité de stockage d'énergie inédite alimentent aujourd’hui de nombreux appareils électroniques et voitures électriques. Dans cet exercice, on s’intéresse d’abord à une méthode d’extraction du lithium puis au fonctionnement d’un type de batterie lithium-ion. Partie 1 – Extraction du lithium Le lithium peut être extrait de solutions aqueuses concentrées appelées saumures. La dissolution de carbonate de sodium Na CO (s) dans une saumure entraîne la formation d’un 2 3 précipité de carbonate de lithium LiCO (s) récupéré par filtration. 3 On considère que 90 % du lithium initialement présent dans la saumure est récupéré si la concentration en masse en ions carbonate présents dans le filtrat est au minimum égale à -1 C = 60,0 g·L . m0 Données : - Couples acido-basiques et pK associés : A - o H CO (aq) / HCO (aq) pK = 6,3 2 3 3 A1 - 2- o HCO (aq) / CO (aq) pK = 10,3 3 3 A2 2- −1 - Masse molaire des ions carbonate : M (CO (aq)) = 60,0 g·mol 3 Après avoir fait réagir une saumure avec du carbonate de sodium et filtré le mélange, un industriel souhaite savoir si l’objectif de récupérer 90 % du lithium présent dans la saumure est atteint. Un volume V = 200,0 mL d’une solution S est préparé en diluant au centième le filtrat obtenu. Un volume V = 5,0 mL de la solution S est titré par pH-métrie avec une solution d’acide 1 chlorhydrique (H O+(aq) + Cℓ−(aq)) de concentration c = 1,00 × 10–2 mol·L–1. 3 2 Q1- Donner la liste de la verrerie à utiliser pour préparer la solution S par dilution du filtrat. Q2- Tracer le diagramme de prédominance des espèces acido-basiques H CO (aq), 2 3 - 2- HCO (aq), CO (aq) 3 3 Q3- Indiquer l’espèce prédominante présente initialement dans la solution titrée sachant que son pH initial est égal à 11,4. Q4- Préciser, en justifiant, si cette espèce est un acide, une base ou un ampholyte. 25-PYCJ2JA1 Page 2/9 L’équation de la réaction support du titrage est : CO 2–(aq) + 2 H O+(aq) → H CO (aq) + 2 H O (ℓ) 3 3 2 3 2 Le volume de