DNB 2020Métropole (rattrapage)Corrigé complet

Voiture à hydrogène : pile à combustible, test d'eau, émission CO autoroute

Durée conseillée : 30 min25 points sur 50 à l'épreuve de Sciences7 questions

Notions BO couvertes

T1.1·Espèces/mélanges/solubilité/masse volumique/changements d'état T1.2·Transformations chimiques (combustions, équations bilan, conservation)T1.3·Atomes/molécules/ions/modèles T2.1·Vitesse v=d/t, trajectoire, mouvement uniforme/varié T3.5·Énergie électrique E=Pt (kWh, conversions)

PDF du sujet officiel

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.

1.Partie 1, Voiture à hydrogène (8 pts)

Diagramme énergétique de la pile à hydrogène : énergie chimique 1 → pile → énergies 2 et 3 — Diagramme énergétique de la pile à combustible.

Question 1a

2 pts

T3.5

Extraire des informations ci-dessus un argument montrant que l'utilisation d'une voiture fonctionnant avec une « pile à hydrogène » peut présenter un inconvénient d'un point de vue environnemental.

Question 1b

3 pts

T1.2

De la même manière, montrer que le fonctionnement d'une pile à hydrogène s'appuie sur une transformation chimique.

Question 1c

3 pts

T3.5

Toujours d'après ces informations, associer sur votre copie chacun des trois numéros du diagramme ci-dessus à une forme d'énergie choisie parmi les suivantes : énergie électrique, énergie cinétique, énergie thermique, énergie nucléaire, énergie potentielle, énergie chimique.

2.Partie 2, Identifier l'eau produite par la pile (7 pts)

Banque de données, tableau des tests d'identification : pour l'ion cuivre (II), l'eau et l'ion chlorure, le détecteur utilisé et l'observation attendue — Banque de données : tests + matériel.

Question 2

7 pts

T1.3

On recueille un échantillon du liquide produit par la pile à hydrogène. Proposer un protocole expérimental, sous forme de phrases et de schémas, permettant de mettre en évidence la présence d'eau dans cet échantillon. On dispose du matériel présenté dans la banque de données.

Banque de données, liste du matériel disponible : un bécher, une pipette pasteur, une coupelle, une spatule, et cinq flacons étiquetés solution de sulfate de cuivre II, sulfate de cuivre anhydre, échantillon, solution d'hydroxyde de sodium, solution de nitrate d'argent — Banque de données, liste des solutions et du matériel pouvant être utilisés.

3.Partie 3, Émissions de monoxyde de carbone (10 pts)

Courbe croissante des émissions de monoxyde de carbone, en litres par heure, en fonction de la vitesse en km/h, de 10 à 110 km/h. La pente s'accentue nettement au-delà de 90 km/h. — Émissions de CO d'un moteur essence en fonction de la vitesse.

Question 3a

3 pts

T1.1

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

Question 3b

3 pts

T1.1

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. Calculer 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. Conclure.

Question 3c

4 pts

T2.1T1.1

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

Méthodologie

Chaque corrigé suit une méthodologie de rédaction rigoureuse, avec formule littérale annoncée, étapes de calcul détaillées et phrase de conclusion explicite. Idéal pour s'entraîner à rédiger comme attendu au DNB.