Bac Physique-Chimie · Amérique du Sud 2025 · Jour 1 · Réf. 25-PYCJ1AS1

Exercice 2 — Recharge des voitures électriques

Pile à combustible au bioéthanol (SOFC) : vaporeformage, réactions aux électrodes, capacité et autonomie.
5 points · 9 questions · Exercice 2 / 3

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Exercice 2 — Recharge des voitures électriques (5 points)

Une pile à combustible au bioéthanol (SOFC) alimente des bornes de recharge. Le dihydrogène est obtenu par vaporeformage de l'éthanol, puis réagit avec le dioxygène de l'air.

VaporeformageC₂H₅OH(ℓ) + 3 H₂O(g) → 6 H₂(g) + 2 CO₂(g)
Électrode 1H₂ + O²⁻ → H₂O + 2 e⁻
Faraday F9,65×10⁴ C·mol⁻¹
E = Q·UU = 1,0 V (tension à vide)
Éthanold = 0,789 · M = 46 g·mol⁻¹
Rendement pile≈ 70 %
électrode 1H₂électrode 2O₂ (air)électrolyteO²⁻ →circuit extérieur — e⁻ : − → +−+
Figure 1 — SOFC. Électrode 1 (H₂, oxydation) = borne −. Électrode 2 (O₂, réduction) = borne +. Ions O²⁻ dans l'électrolyte.
Q1. Définition d'un catalyseur.
Q2. Montrer n(éthanol) ≈ 17 mol dans 1,0 L.
Q3. En déduire n(H₂) par litre d'éthanol.
Q4. Équation à l'électrode 2.
Q5. En déduire le bilan : 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O.
Q6. Polarité des électrodes ; les nommer.
Q7. (Annexe) polarité + sens des porteurs de charge.
Q8. Montrer Q_max = 2,0×10⁷ C (1,0 L d'éthanol).
Q9. Nombre de véhicules (40 kW·h) rechargés avec 30 m³ d'éthanol.
📖Le contexte (énoncé)
📋 ÉNONCÉ (mot pour mot)
Une pile à combustibleSOFC : pile à combustible à oxydes solides. Le H₂ (issu de l'éthanol) réagit avec l'O₂ de l'air, produisant de l'électricité et de l'eau. au bioéthanol alimente des bornes de recharge. On étudie le vaporeformage, les réactions aux électrodes, la capacité de la pile et le nombre de véhicules rechargeables.
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