Oui
Piles et oxydoréduction
Équilibre et sens d'évolution
Électrolyse
Sujet Bac Corrigé - Accumulateurs et piles rechargeables - Bac S Polynésie 2010 (ancien programme) - Ex 2 - Corrigé (Physique-chimie)
1 juin 2010
Bac S (ancien programme)
🔋 Cet exercice de 4 points du bac S 2010 en Polynésie étudie les piles et les accumulateurs, du Ni-Cd au lithium-ion. Sujet officiel et corrigé détaillé gratuits, en PDF.
- Pile nickel-cadmium : quotient de réaction, sens d'évolution spontanée, demi-équations, polarité, pont salin.
- Accumulateur Ni-Cd : tableau d'avancement avec les électrons échangés, quantité d'électricité maximale, charge par électrolyse.
- Ni-MH et Li-ion : capacité en coulombs, intensité de charge rapide, durée de fonctionnement, énergie électrique.
Chaque réponse est rédigée comme sur une copie, avec les pièges et les méthodes en marge.
✅ Correction
🫣
Correction Masquée
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Piles rechargeables : du nickel-cadmium au lithium-ion
Cet exercice de 4 points du bac S 2010 en Polynésie, prévu pour environ 52 minutes, part d'un constat du quotidien : nos appareils nomades consomment beaucoup de piles. Il compare plusieurs technologies d'accumulateurs et mobilise les outils du chapitre sur les piles : critère d'évolution spontanée, tableau d'avancement, quantité d'électricité et conversions d'unités. La plupart des calculs sont courts, mais l'exercice sanctionne vite les oublis de facteur ou d'unité.
La pile nickel-cadmium du laboratoire
Le quotient de réaction initial de la réaction Cd2+ + Ni = Cd + Ni2+ ne fait intervenir que les ions, les solides n'y figurant pas. Les deux concentrations étant égales à 0,10 mol/L, Qr,i = 1,0. Comme cette valeur est supérieure à K = 2,2 × 10-6, le système évolue dans le sens inverse de l'équation écrite : le cadmium est oxydé et les ions nickel sont réduits. L'électrode de cadmium est donc le pôle négatif, celle de nickel le pôle positif. Le pont salin ferme le circuit et maintient la neutralité électrique des solutions : ce sont ses ions, et non des électrons, qui circulent.
L'accumulateur Ni-Cd d'un téléphone sans fil
Le tableau d'avancement à compléter en annexe comporte une colonne pour les électrons échangés. La demi-équation à l'électrode de cadmium montre que chaque mole de cadmium libère deux moles d'électrons : la quantité d'électrons vaut 2x, puis 2n0 lorsque le cadmium, réactif limitant, est épuisé. Avec 2,0 g de cadmium, la quantité d'électricité maximale vaut environ 3,4 × 103 C ; oublier le facteur 2 donne la moitié. Pour recharger, un générateur impose un courant de sens opposé : la transformation est forcée, c'est une électrolyse, et l'équation de charge est l'inverse de celle de décharge.
L'accumulateur Ni-MH : capacité et charge rapide
Une capacité de 800 mAh est une charge électrique : en multipliant par 3,6, on obtient 2,88 × 103 C. Pour recharger en 15 minutes à courant constant, il faut une intensité de 3,2 A. À l'inverse, une décharge à 0,27 A dure environ 1,8 × 102 minutes, soit à peu près trois heures. Le corrigé recommande de garder la valeur exacte dans la calculatrice et d'arrondir seulement à la fin.
L'accumulateur lithium-ion
Le lithium, métal alcalin qui ne forme que l'ion Li+, appartient à la première colonne de la classification. L'énergie électrique fournie par une pile de 4320 C sous 3,7 V vaut E = U·Q, soit environ 1,6 × 104 J.
Conseils pour réussir
Comparez toujours Qr,i et K avant de conclure sur le sens d'évolution, puis déduisez la polarité de l'oxydation au pôle négatif. Repérez le nombre d'électrons dans chaque demi-équation, et maîtrisez la conversion des mAh en coulombs : elle revient dans de nombreux sujets sur les piles.