Piles, électrolyse et énergie chimique

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Pour chaque phrase, coche la seule réponse juste.

1. 1.Une électrolyse est une transformation chimique…

   0.5 pt
   • qui se produit toute seule
   • imposée par un générateur
   • qui fournit du courant au circuit
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   imposée par un générateur

   Sans générateur, la transformation ne se produirait pas : l’électrolyse est forcée, elle ne fournit pas de courant.

2. 2.Une pile en fonctionnement…

   0.5 pt
   • fabrique de l’énergie à partir de rien
   • convertit l’énergie stockée dans ses réactifs
   • vide une réserve d’électricité
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   convertit l’énergie stockée dans ses réactifs

   Une pile ne crée aucune énergie et ne contient pas d’électricité : elle convertit l’énergie chimique de ses réactifs.

3. 3.La mention « Ni-MH » portée sur un objet signale…

   0.5 pt
   • une pile à ne jamais recharger
   • un accumulateur, rechargeable
   • un générateur d’électrolyse
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   un accumulateur, rechargeable

   « Rechargeable » ou « Ni-MH » désigne un accumulateur ; « ne pas recharger » signale une pile jetable.

4. 4.Une pile usagée doit être…

   0.5 pt
   • jetée avec les ordures ménagères
   • déposée dans un point de collecte
   • rechargée sur un chargeur
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   déposée dans un point de collecte

   La collecte séparée est obligatoire : les commerces qui vendent des piles doivent proposer un point de dépôt.

5. 5.La collecte séparée des piles est obligatoire, car elles renferment…

   0.5 pt
   • des métaux lourds toxiques
   • de l’électricité en réserve
   • de l’eau salée
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   des métaux lourds toxiques

   Plomb, cadmium, mercure ou lithium sont toxiques pour les sols et l’eau : d’où la collecte séparée.

6. 6.Laquelle de ces relations est juste ?

   0.5 pt
   • $P=U+I$
   • $P=U\times I$
   • $P=E\times t$
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   $P=U\times I$

   La puissance est le produit de la tension par l’intensité ; $E=P\times t$ donne une énergie, pas une puissance.

7. 7.Une puissance s’exprime en…

   0.5 pt
   • joules (J)
   • watts (W)
   • volts (V)
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   watts (W)

   Le watt est l’unité de puissance ; le joule mesure une énergie et le volt une tension.

8. 8.Dans $E=P\times t$, quelle unité de durée donne directement des joules ?

   0.5 pt
   • minutes
   • heures
   • secondes
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   secondes

   Avec une puissance en watts et une durée en secondes, l’énergie sort en joules ; sinon il faut convertir.

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Complète le texte avec les mots de la banque. Trois mots ne servent pas.

1. 1.Une oxydation est une d’électrons.

   0.5 pt
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   perte

   Oxyder un atome, c’est lui faire perdre des électrons : le zinc en perd deux.

2. 2.Une réduction est un d’électrons.

   0.5 pt
   Voir la correction

   gain

   La réduction est l’inverse de l’oxydation : les ions cuivre gagnent des électrons.

3. 3.Les deux ne vont jamais l’une sans l’ : les électrons perdus d’un côté sont gagnés de l’autre.

   0.5 pt
   Voir la correction

   autre

   Un électron perdu par un réactif est forcément capté par un autre : oxydation et réduction sont liées.

4. 4.Dans une pile zinc-cuivre, chaque atome de zinc perd électrons.

   0.5 pt
   Voir la correction

   deux

   L’équation $Zn⟶Z{n}^{2+}+2e^{-}$ montre deux électrons perdus par atome de zinc.

5. 5.Il passe alors en solution sous forme d’.

   0.5 pt
   Voir la correction

   ion

   Un atome qui a perdu des électrons devient un ion, ici $Z{n}^{2+}$, qui quitte la lame.

6. 6.À l’autre électrode, des ions cuivre captent ces électrons et s’y déposent sous forme de .

   0.5 pt
   Voir la correction

   métal

   $C{u}^{2+}+2e^{-}⟶Cu$ : l’ion devient du cuivre métallique, et la lame s’épaissit.

7. 7.La transformation s’arrête quand l’un des vient à manquer.

   0.5 pt
   Voir la correction

   réactifs

   Une pile usée n’est pas en panne : sa transformation est terminée, faute de réactif.

8. 8.Ce peut être le métal de l’électrode ou les ions de la solution.

   0.5 pt
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   négative

   Le zinc de la borne négative se consomme ; les ions cuivre de la solution aussi.

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Relie chaque mot à sa définition par un trait, puis recopie la lettre dans la case.

• AGénérateur réutilisable : on peut lui rendre son énergie en le branchant sur un chargeur.
• BUnité d’énergie obtenue avec une puissance en watts et une durée en secondes.
• CGroupement de générateurs montés ensemble pour cumuler leurs tensions ou leurs capacités.
• DUnité d’énergie qui vaut 3 600 J.
• EGénérateur à usage unique : sa transformation est irréversible.

1. 1.Batterie

   0.5 pt
   Voir la correction

   C

   Une batterie assemble plusieurs piles ou accumulateurs pour additionner tensions ou capacités.

2. 2.Pile

   0.5 pt
   Voir la correction

   E

   La transformation d’une pile est irréversible : elle ne sert qu’une fois.

3. 3.Joule

   0.5 pt
   Voir la correction

   B

   Avec $E=P\times t$, une durée en secondes donne une énergie en joules.

4. 4.Accumulateur

   0.5 pt
   Voir la correction

   A

   La transformation d’un accumulateur se fait dans les deux sens : on peut le recharger.

5. 5.Wattheure

   0.5 pt
   Voir la correction

   D

   Une heure vaut 3 600 s : un wattheure vaut donc 3 600 joules.

Lire et compléter un schéma

Observe le document 1, puis réponds aux questions.

1. 1.Sur le schéma, quel appareil prouve qu’on a affaire à une électrolyse ?

   1 pt
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   Le générateur.

   Une électrolyse est imposée par un générateur ; une pile, elle, fonctionne sans générateur et produit le courant.

2. 2.Quel gaz est recueilli dans le tube 1, qui en contient le plus ? Et dans le tube 2 ?

   1 pt
   Voir la correction

   Tube 1 : le dihydrogène ; tube 2 : le dioxygène.

   L’électrolyse de l’eau donne deux volumes de dihydrogène pour un volume de dioxygène.

3. 3.Complète les coefficients de l’équation : $\dots H_{2}O⟶\dots H_2+O_2$

   1 pt
   Voir la correction

   $2H_{2}O⟶2H_2+O_2$ : un 2 devant $H_{2}O$ et un 2 devant $H_2$.

   Avec ces coefficients, on compte 4 atomes d’hydrogène et 2 atomes d’oxygène de chaque côté.

4. 4.Le tube 2 contient 10 mL de gaz. Quel volume de gaz contient le tube 1 ?

   1 pt
   Voir la correction

   $10\times 2=20$ : le tube 1 contient 20 mL de gaz.

   Le tube 1 recueille deux fois plus de gaz que le tube 2 : on multiplie par deux.

Lire et compléter un schéma

Une pile zinc-cuivre alimente une lampe. Complète le schéma : écris le signe de chaque borne dans les cases A et B et le nom de la solution dans la case C ; dessine dans le cadre 1 une flèche marquée $e^{-}$ pour le sens des électrons, et dans le cadre 2 une flèche marquée I pour le sens du courant ; écris « oxydation » ou « réduction » dans les cases D et E ; enfin, entoure le nom de la lame qui s’épaissit.

Les cases de la figure sont les questions. La correction, case par case :

1. 1.Cases A et B — les signes des bornes

   1 pt
   Voir la correction

   A : − (zinc) ; B : + (cuivre).

   La lame de zinc libère les électrons : c’est la borne négative ; la lame de cuivre les reçoit : borne positive.

2. 2.Case C — le nom de la solution

   0.5 pt
   Voir la correction

   Électrolyte.

   La solution dans laquelle plongent les électrodes contient des ions et conduit le courant : c’est l’électrolyte.

3. 3.Cadre 1 — la flèche $e^{-}$ des électrons

   1 pt
   Voir la correction

   Une flèche orientée de la lame de zinc vers la lampe, donc vers la lame de cuivre.

   Dans le circuit extérieur, les électrons partent de la borne − et vont vers la borne +.

4. 4.Cadre 2 — la flèche I du courant

   1 pt
   Voir la correction

   Une flèche orientée de la lame de cuivre vers la lampe, donc vers la lame de zinc.

   Le sens conventionnel du courant va de la borne + vers la borne −, à l’opposé du trajet des électrons.

5. 5.Cases D et E — oxydation ou réduction

   1 pt
   Voir la correction

   D (sous le zinc) : oxydation ; E (sous le cuivre) : réduction.

   Le zinc perd des électrons (oxydation, borne −) ; les ions cuivre en gagnent (réduction, borne +).

6. 6.La lame qui s’épaissit

   1 pt
   Voir la correction

   Le cuivre, entouré.

   Les ions cuivre de la solution se déposent sur la lame de cuivre sous forme de métal : elle s’épaissit.