La voiture à hydrogène, Métropole sept 2020 Exercice type-brevet

L'automobile contribue à l'émission de gaz à effet de serre et de polluants atmosphériques. Les constructeurs tentent de réduire son impact sur l'environnement. La voiture équipée d'une pile à hydrogène est une des alternatives à la traditionnelle voiture à essence.

La voiture à hydrogène

Une voiture à hydrogène ne rejette que de la vapeur d'eau. La « pile à hydrogène » incorporée est une pile à combustible. Celle-ci utilise, pour fonctionner, un apport en dihydrogène (le combustible) et en dioxygène (le comburant). Le dihydrogène se combine avec le dioxygène de l'air en produisant de l'eau. À cette transformation est associée une conversion d'énergie chimique en énergie thermique et énergie électrique. Un moteur électrique permet alors de propulser la voiture. Cette technologie est parfaite pour réduire la pollution à l'échelle locale. Par contre, elle ne permet pas de réduire la pollution globale : le dihydrogène n'existe pas sur Terre à l'état naturel et plus de 90 % du dihydrogène produit est issu de ressources d'énergie fossile.

Quel argument, cité dans l'énoncé, montre que l'utilisation d'une voiture fonctionnant avec une « pile à hydrogène » peut présenter un inconvénient d'un point de vue environnemental ?

La majorité du dihydrogène nécessaire au fonctionnement de la pile à combustible provient d'énergie fossile, nuisible pour l'environnement.

La majorité du dihydrogène nécessaire au fonctionnement de la pile à combustible provient d'énergie nucléaire, nuisible pour l'environnement.

Le dihydrogène nécessaire est très peu présent sur Terre.

Le dihydrogène nécessaire est produit à partir de métaux rares et génère de la pollution des sols.

De la même manière, quel argument montre que le fonctionnement d'une pile à hydrogène s'appuie sur une transformation chimique ?

Car les atomes des réactifs se réarrangent différemment pour donner des produits.

Car les atomes des réactifs se désintègrent pour former les produits.

Car de l'énergie thermique est libérée.

Car de l'énergie thermique est consommée.

Parmi les propositions suivantes, laquelle correspond au diagramme énergétique correct d'une pile à hydrogène ?

Banque de données :

Test d'identification d'espèces chimiques :

Espèce chimique

Ion cuivre (II)

\ce{Cu^{2+}}

Eau

Ion chlorure

\ce{Cl^{-}}

Détecteur

Solution
d'hydroxyde de
sodium

Sulfate de
cuivre anhydre

Solution de
nitrate
d'argent

Observations

Formation d'un
précipité bleu

Changement de
couleur :
passage du
blanc au bleu

Formation
d'un
précipité
blanc

Liste des solutions et du matériel pouvant être utilisés :

On recueille un échantillon du liquide produit par la pile à hydrogène.

Quel protocole expérimental permet de mettre en évidence la présence d'eau dans cet échantillon ?

Dans une coupelle, déposer du sulfate de cuivre anhydre.
Prélever un échantillon de liquide à tester à l'aide d'un compte-gouttes et le verser sur le sulfate de cuivre anhydre.
Observer si le sulfate de cuivre change de couleur en passant du blanc au bleu : si c'est le cas, l'échantillon contient de l'eau.

Dans une coupelle, déposer de la solution d'hydroxyde de sodium.
Prélever un échantillon de liquide à tester à l'aide d'un compte-gouttes et le verser sur le sulfate de cuivre anhydre.
Observer si le sulfate de cuivre change de couleur en passant du blanc au bleu : si c'est le cas, l'échantillon contient de l'eau.

Dans une coupelle, déposer du sulfate de cuivre anhydre.
Prélever un échantillon de liquide à tester à l'aide d'un compte-gouttes et le verser sur le sulfate de cuivre anhydre.
Observer si le sulfate de cuivre change de couleur en passant du bleu au blanc : si c'est le cas, l'échantillon contient de l'eau.

Dans une coupelle, déposer de la solution d'hydroxyde de sodium.
Prélever un échantillon de liquide à tester à l'aide d'un compte-gouttes et le verser sur le sulfate de cuivre anhydre.
Observer si le sulfate de cuivre change de couleur en passant du bleu au blanc : si c'est le cas, l'échantillon contient de l'eau.

La majorité des automobiles fonctionnent actuellement avec des moteurs à essence ou avec des moteurs Diesel. Plusieurs types de polluants sont émis par ces véhicules : le dioxyde de carbone, le monoxyde de carbone, les oxydes d'azote et des hydrocarbures imbrûlés. Les émissions de monoxyde de carbone d'un moteur à essence varient en fonction de la vitesse du véhicule.

Émissions de monoxyde de carbone en fonction de la vitesse sur route plane

D'après http://www.cetu.developpement-durable.gouv.fr

Les émissions de monoxyde de carbone sont-elles proportionnelles à la vitesse du véhicule ?

Les émissions de monoxyde de carbone ne sont pas proportionnelles à la vitesse du véhicule car le graphique n'est pas une droite passant par l'origine.

Les émissions de monoxyde de carbone ne sont pas proportionnelles à la vitesse du véhicule car le graphique n'est pas une droite.

Les émissions de monoxyde de carbone sont proportionnelles à la vitesse du véhicule car le graphique n'est pas une droite passant par l'origine.

Les émissions de monoxyde de carbone sont proportionnelles à la vitesse du véhicule car le graphique n'est pas une droite.

À l'aide de la courbe ci-dessus, on peut montrer que l'augmentation des émissions en monoxyde de carbone est de 3 L/h lorsque la vitesse passe de 40 à 50 km/h.

Quelle est la valeur de l'augmentation des émissions lorsque la vitesse passe de 100 à 110 km/h ? Comparer ce résultat à la valeur de 3 L/h.

Pour 100 km/h, l'émission est de 46 L/h et, pour 110 km/h, l'émission est de 70 L/h. L'augmentation de l'émission est donc de 24 L/h, ce qui est différent des 3 L/h de l'énoncé. On en déduit que les émissions de monoxyde de carbone ne sont pas proportionnelles à l'augmentation de la vitesse.

Pour 100 km/h, l'émission est de 42 L/h et, pour 110 km/h, l'émission est de 69 L/h. L'augmentation de l'émission est donc de 27 L/h, ce qui est différent des 3 L/h de l'énoncé. On en déduit que les émissions de monoxyde de carbone ne sont pas proportionnelles à l'augmentation de la vitesse.

Pour 100 km/h, l'émission est de 46 L/h et, pour 110 km/h, l'émission est de 70 L/h. L'augmentation de l'émission est donc de 24 L/h, ce qui est 8 fois plus important que les 3 L/h de l'énoncé. On en déduit que les émissions de monoxyde de carbone sont proportionnelles à l'augmentation de la vitesse.

Pour 100 km/h, l'émission est de 42 L/h et, pour 110 km/h, l'émission est de 69 L/h. L'augmentation de l'émission est donc de 27 L/h, ce qui est 9 fois plus important que les 3 L/h de l'énoncé. On en déduit que les émissions de monoxyde de carbone sont proportionnelles à l'augmentation de la vitesse.

Sur une autoroute, un véhicule parcourt à vitesse constante 55 km en 30 min.

Quel est le volume de monoxyde de carbone émis durant ce trajet ?

Le véhicule étudié respecte-t-il la norme Euro 5 qui limite la valeur de l'émission de monoxyde de carbone à 96,8 L/h lorsque le véhicule roule à cette vitesse ?

Oui, car la vitesse de la voiture est v_{\text{(km/h)}}=\dfrac{d_{\text{(km)}}}{t_{\text{(h)}}}=\dfrac{55}{0{,}5}=110 \text{ km/h}, ce qui donne graphiquement un taux d'émission de 70 L/h, ce qui est inférieur à la limite Euro 5 de 96,8 L/h.

Non, car la vitesse de la voiture est v_{\text{(km/h)}}=\dfrac{d_{\text{(km)}}}{t_{\text{(h)}}}=\dfrac{55}{0{,}30}=183 \text{ km/h}, ce qui donne graphiquement un taux d'émission de 80 L/h, ce qui est inférieur à la limite Euro 5 de 96,8 L/h.

Oui, car la vitesse de la voiture est v_{\text{(km/h)}}=\dfrac{d_{\text{(km)}}}{t_{\text{(h)}}}=\dfrac{55}{0{,}30}=183 \text{ km/h}, ce qui donne graphiquement un taux d'émission de 80 L/h, ce qui est inférieur à la limite Euro 5 de 96,8 L/h.

Non, car la vitesse de la voiture est v_{\text{(km/h)}}=\dfrac{d_{\text{(km)}}}{t_{\text{(h)}}}=\dfrac{55}{0{,}5}=110 \text{ km/h}, ce qui donne graphiquement un taux d'émission de 70 L/h, ce qui est supérieur à la limite Euro 5 de 96,8 L/h.