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 sont issus de ressources d'énergie fossile.

Question 1 (8 points)

1a- 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.

1b- De la même manière, montrer que le fonctionnement d'une pile à hydrogène s'appuie sur une transformation chimique.

1c- Toujours d'après ces informations, associer sur votre copie chacun des trois numéros du diagramme ci-dessous à une forme d'énergie choisie parmi les suivantes: énergie électrique, énergie cinétique, énergie thermique, énergie nucléaire, énergie potentielle, énergie chimique.

Banque de données :
• Test d'identification d'espèces chimiques

• Liste des solutions et du matériel pouvant être utilisés :

Question2 (7points) 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.

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La majorité des automobiles fonctionne 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

Question 3 (10 points)
3a- Les émissions de monoxyde de carbone sont-elles proportionnelles à la vitesse du véhicule ? Justifier.

3b- 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.

3c- 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.

Question 1** 1.a. “plus de 90% du dihydrogène produit sont issus de ressources d'énergie fossile”, c'est-à-dire que pour fabriquer du dihydrogène, on utilise des énergies non renouvelables (gaz naturel ici)

1.b. Le dihydrogène réagit avec le dioxygène pour former de l'eau.
2 réactifs sont consommés: le dihydrogène et le dioxygène
1 produit se forme : l'eau
Il y a bien transformation chimique.

1.c. “À cette transformation est associée une conversion d'énergie chimique en énergie thermique et énergie électrique.”
1. Énergie chimique
2. Énergie électrique
3. Énergie thermique

Questions 2 Verser le liquide à tester dans un bécher

Prélever le liquide à l'aide d'une pipette

Verser une goutte de liquide sur le sulfate de cuivre anhydre.

S'il reste blanc, le liquide ne contient pas d'eau.
S'il devient bleu, le liquide contient de l'eau.

Question 3

3.a. La courbe de ce graphique n'est pas une droite qui passe par l'origine donc les émissions de monoxyde de carbone ne sont pas proportionnelles à la vitesse du véhicule.

3.b.

Juste pour vérification: quand on passe de 40 km/h à 50 km/h, on passe de 7L/h à 10L/h, donc on a bien une augmentation de 3L/h
Quand on passe de 100 km/h à 110 km/h, on passe de 47L/h à 70L/h soit une augmentation de 70-47 = 23 L/h qui est supérieur à 3L/h
Les émissions de monoxyde de carbone sont presque 8 fois (8 x 3 = 24) plus importantes quand on passe de 100 km/h à 110 km/h.

3.c. Calculons la vitesse du véhicule qui parcourt d = 55 km pendant une durée t = 30 min $v = \frac{d}{t}$

v en km/h

d en km : d = 55 km
t en h : t = 30 min = 0,5 h

donc

$v$ = \frac{55}{0,5} $=$ 110 km/h
En regardant le graphique, on trouve que cette voiture émet 70L/h, ce qui est inférieur à la valeur de 96,8 L/h. Le véhicule respecte la norme Euro 5.