Vidéo question :: Identifier la réaction qui se produit à la borne positive d’une batterie d’accumulateurs au plomb-acide au cours de la phase de décharge Chimie

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Quelle demi-équation montre la réaction qui se produit à la borne positive d’une batterie d’accumulateurs au plomb-acide au cours de la phase de décharge ? (A) Pb solide plus PbO2 solide plus deux H2SO4 aqueux réagissent pour former deux PbSO4 solide plus deux H2O liquide. (B) Pb02 solide plus H2S04 aqueux plus deux e− réagissent pour former PbS04 solide plus deux H20 liquide. (C) PbO2 solide plus H2SO4 aqueux plus deux H+ aqueux plus deux e− réagissent pour former PbSO4 solide plus deux H2O liquide. (D) PbO2 solide plus H2SO4 aqueux plus deux H+ aqueux réagissent pour former PbSO4 solide plus deux H2O liquide plus deux e−. (E) Pb solide plus H2SO4 aqueux réagissent pour former un PbSO4 solide plus deux H+ aqueux plus deux e−.

Les batteries d’accumulateurs au plomb-acide ont été inventées en 1859 par le physicien français Gaston Planté. La batterie d’accumulateurs au plomb-acide a été le premier type de batterie rechargeable jamais inventé. Elles sont encore largement utilisées comme batteries de voiture étant donné qu'elles sont peu coûteuses à produire. Comme ces batteries sont rechargeables, elles fonctionnent en deux phases différentes. Lors de la phase de décharge, la batterie alimente un dispositif externe en générant des électrons par une réaction d’oxydoréduction. Pendant la phase de décharge, une batterie d’accumulateurs au plomb-acide est utilisée pour alimenter le démarreur et les feux d’un véhicule. Pendant la phase de recharge, un courant externe est appliqué pour inverser la décharge, ce qui convertit l’énergie électrique en énergie chimique.

Dans une voiture, la batterie est rechargée lorsque le moteur tourne. Cette recharge est réalisée par l’alternateur de la voiture, qui peut aussi être appelé la dynamo. Lorsque la batterie se décharge, elle agit comme une cellule galvanique. Une réaction d'oxydoréduction spontanée alimente le véhicule. Lorsque la batterie se recharge, elle ressemble davantage à une cellule électrolytique dans laquelle un courant est utilisé pour inverser la réaction d'oxydoréduction. Cette question porte sur la phase de décharge de la batterie. Nous voulons plus précisément déterminer la réaction qui se produit à la borne positive. Nous devons donc en savoir un peu plus sur la façon dont ces batteries sont faites.

Une batterie d’accumulateurs au plomb-acide est composée de six cellules reliées entre elles. Toute la batterie est recouverte de caoutchouc ou de plastique pour l’isoler du reste de la voiture. Chaque cellule est constituée de deux plaques de plomb métallique qui ont une structure en grille et l’électrolyte présent dans la cellule est de l’acide sulfurique. La plaque qui sert d’anode est remplie de plomb spongieux, soit du plomb métallique finement divisé et comprimé. La plaque qui sert de cathode dans la cellule est remplie d’oxyde de plomb(IV). Nous nous intéressons à la réaction qui se produit lors de la phase de décharge, c’est-à-dire lorsque la batterie fonctionne comme une cellule galvanique.

Dans une cellule galvanique, la cathode est l’électrode positive, alors que l’anode est l’électrode négative. Nous voulons donc déterminer la réaction qui se produit à la cathode. Dans une cellule électrochimique, l’anode est l’électrode où se produit l’oxydation, alors que la cathode est l’électrode où se produit la réduction. Par conséquent, la réaction qui se produit à la borne positive lors de la phase de décharge sera la réduction de l’oxyde de plomb(IV). Examinons maintenant nos choix de réponse afin de déterminer lequel illustre la réduction de l’oxyde de plomb(IV).

Nous pouvons éliminer le choix de réponse (E), car cette réaction n’a pas d’oxyde de plomb(IV) dans ses réactifs. Nous pouvons également éliminer le choix de réponse (A), car il ne s'agit pas d'une demi-équation et ce n’est donc pas l’équation chimique que nous recherchons. Nous pouvons ensuite éliminer le choix de réponse (D). Cette réaction illustre la perte d’électrons. Il y a donc une oxydation, pas une réduction. Enfin, il nous reste les choix de réponse (B) et (C). Lequel constitue la bonne réponse ?

Les deux équations sont très similaires, mais le choix de réponse (C) contient deux ions hydrogène supplémentaires dans ses réactifs. En examinant de plus près cette équation, nous pouvons constater que ces deux ions hydrogène supplémentaires sont nécessaires pour équilibrer la réaction. Sans ces ions hydrogène supplémentaires, la réaction dans le choix de réponse (B) est déséquilibrée, car il y a deux ions hydrogène du côté des réactifs et quatre du côté des produits. Il y a aussi une charge globale de deux moins du côté des réactifs qui n’est pas équilibrée dans cette équation.

Le choix de réponse (C) est équilibré et il s'agit donc de l'équation appropriée pour décrire ce qui se produit à la cathode. Alors, quelle demi-équation montre la réaction qui se produit à la borne positive d’une batterie d’accumulateurs au plomb-acide au cours de la phase de décharge ? La réponse est le choix (C), PbO2 solide plus H2SO4 aqueux plus deux H+ aqueux plus deux e− réagissent pour former PbSO4 solide plus deux H2O liquide.