Bac Physique-Chimie · Asie 2025 · Jour 2 · Réf. 25-PYCJ2JA1

Exercice 1 — Batteries au lithium

Extraction du lithium (titrage pH-métrique des ions carbonate) puis fonctionnement d'une pile lithium-ion (cathode/anode, capacité).
9 points · 11 questions · Exercice 1 / 3

🎨 Code couleur · 📄 « Sujet complet » = l'énoncé intégral officiel avec TOUS les documents

grandeurvaleur unité= Donc :résultat énoncé clé⬆️⬇️ segment · ⬅️➡️ exo

Exercice 1 — Batteries au lithium (9 points)

On étudie (1) l'extraction du lithium d'une saumure puis (2) le fonctionnement d'une pile lithium-ion.

Partie 1 — Extraction du lithium

Dissolution de Na₂CO₃ dans une saumure → précipité de carbonate de lithium récupéré par filtration. L'objectif (90 % du lithium récupéré) est atteint si la concentration en masse en ions carbonate du filtrat est ≥ C_m0 = 60,0 g·L⁻¹.

Données : couples H₂CO₃/HCO₃⁻ pKₐ₁=6,3 ; HCO₃⁻/CO₃²⁻ pKₐ₂=10,3 ; M(CO₃²⁻)=60,0 g·mol⁻¹.

Solution S : V=200,0 mL obtenue en diluant au centième (×100) le filtrat. On titre V₁=5,0 mL de S par HCl (H₃O⁺+Cl⁻) de concentration c₂=1,00×10⁻² mol·L⁻¹. Réaction : CO₃²⁻(aq) + 2 H₃O⁺(aq) → H₂CO₃(aq) + 2 H₂O(ℓ). V_E = 15,2 mL. pH initial de la solution titrée = 11,4.

Q1. Verrerie de la dilution ×100. Q2. Diagramme de prédominance (H₂CO₃, HCO₃⁻, CO₃²⁻). Q3. Espèce prédominante (pH=11,4). Q4. Acide, base ou ampholyte ? Q5. Définir l'équivalence. Q6. Relation n₀(CO₃²⁻) et n_E(H₃O⁺). Q7. Objectif d'extraction atteint ?

Partie 2 — Pile lithium-ion

Réaction 1 : CoO₂(s) + Li⁺(aq) + e⁻ = LiCoO₂(s). Réaction 2 : LiC₆(s) = Li⁺(aq) + C₆(s) + e⁻. Schéma (annexe) : cathode côté LiCoO₂, anode côté LiC₆.

Données : e = 1,60×10⁻¹⁹ C ; N_A = 6,02×10²³ mol⁻¹ ; 1,0 A·h = 3,6×10³ C ; M(LiC₆)=79,0 g·mol⁻¹ ; Q = n(e⁻)·N_A·e. Batterie de capacité Q = 214 A·h (autonomie 500 km).

Q8. Associer réactions 1/2 aux électrodes (cathode/anode). Q9. Annexe : polarités, sens du courant, porteurs de charge, ions Li⁺. Q10. Quantité d'électrons n(e⁻). Q11. Masse m(LiC₆) nécessaire.
📖Le contexte (énoncé)
📋 ÉNONCÉ (mot pour mot)
On étudie les batteries au lithiumPrix Nobel de chimie 2019. Partie 1 : extraire le lithium d'une saumure (titrage des ions carbonate). Partie 2 : pile lithium-ion (cathode/anode, capacité). : d'abord l'extraction du lithium vérifiée par un titrage pH-métrique des ions carbonate, puis le fonctionnement d'une pile lithium-ion (électrodes, sens du courant, capacité et masse d'électrode).
Astuce : clique sur 📄 Sujet complet pour tout l'énoncé (documents, données).
⏳ À toi de chercher… (le corrigé se révèle dans 5 s — appuie sur ⬇️ pour passer)
Sujet interactif · 11/11 questions · 📄 Sujet complet dispo en haut · voix + karaoké.