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Les mécaniciens utilisent un hydromètre pour vérifier la densité relative de l’acide sulfurique dans cinq batteries de voitures au plomb-acide. Le tableau suivant montre les résultats. Quelles batteries doivent être rechargées ? (A) Seulement la batterie 3. (B) Seulement la batterie 5. (C) Les batteries 2 et 5. (D) Seulement la batterie 1. (E) Les batteries 3 et 4.
Tout d’abord, un hydromètre est un instrument utilisé pour mesurer la densité relative d’un liquide ou d’une solution. La densité relative peut aussi être appelée gravité spécifique. La densité relative est le rapport entre la densité d’un liquide ou d’une solution et la densité de l’eau pure à une température et une pression spécifiques.
Dans ce problème, on nous donne la densité relative de l’acide sulfurique dans cinq batteries au plomb-acide différentes. Lorsque la densité relative de l’acide sulfurique dans une batterie tombe en dessous d’une certaine valeur, un mécanicien sait qu’il est temps de recharger la batterie. Libérons de l’espace pour expliquer pourquoi cela se produit.
Une batterie de voiture au plomb-acide est classée comme une cellule galvanique secondaire. Il s’agit d’un type de cellule électrochimique qui peut fonctionner soit comme une cellule galvanique soit comme une cellule électrolytique, en fonction des processus en cours. À l'anode de la cellule galvanique, l'oxydation du plomb métallique se produit. Cette réaction utilise de l’acide sulfurique ou H2SO4 aqueux. La réduction de l’oxyde de plomb(IV) se produit à la cathode de la cellule galvanique. Ce processus utilise également de l’acide sulfurique. Lorsque la concentration en acide sulfurique dans la cellule diminue, la densité relative diminue également.
Les réactions redox qui se produisent dans la cellule galvanique sont utilisées pour alimenter un appareil externe, et ce processus est appelé décharge. L’acide sulfurique utilisé lors de la décharge peut être régénéré en rechargeant la batterie. Pour recharger la batterie, un chargeur de batterie externe est utilisé. Pendant la recharge, la batterie au plomb-acide fonctionne comme une cellule électrolytique.
Nous pouvons voir ici que l’un des produits des réactions redox qui se produisent pendant la recharge est l’acide sulfurique. Alors, comment les mécaniciens savent-ils quand une recharge est nécessaire ? Si la densité relative de l’acide sulfurique dans la batterie tombe en dessous de 1,20 grammes par centimètre cube, il est temps de recharger la batterie. Nous pouvons voir que la densité relative est inférieure à cette valeur dans les batteries 3 et 4. Par conséquent, les batteries 3 et 4 doivent être rechargées.
En conclusion, sur la base des valeurs de densité relative de l’acide sulfurique données, les batteries qui doivent être rechargées sont les batteries 3 et 4, réponse (E).
