Le 18/04/2013 Page : 1 / 8 Devoir n 3 TS1 TS4 I. Comment protéger les pièces automobiles? (11 points) Dans le domaine de l'automobile, de nombreuses pièces sont fabriquées en acier. Pour les protéger contre la corrosion, on pratique l'électrozingage, qui consiste à déposer une couche de zinc sur l'acier par électrolyse. L'étude peut être réalisée avec du matériel couramment utilisé en travaux pratiques, comme l'illustre le schéma ci-dessous. La pièce en acier est plongée dans une solution aqueuse de sulfate de zinc acidifiée. Elle est reliée au pôle négatif du générateur. La pièce en zinc est reliée au pôle positif du générateur. 1. Étude du montage de l électrolyse 1.1. Recopier le schéma et indiquer le sens conventionnel du courant et le sens de circulation des électrons. 1.2. Donner la demi-équation modélisant la réaction qui se produit sur l électrode de zinc, en choisissant le bon couple parmi Zn 2+ (aq) /Zn (s) ; O 2(g) /H 2 O ( l) et H + (aq)/h 2(g). Cette réaction est-elle une oxydation ou une réduction? Justifier. 1.3. Donner la demi-équation modélisant la réaction se produisant sur l électrode d acier. 1.4. En déduire l équation de la réaction qui se produit dans l électrolyseur. 1.5. La concentration en ions zinc Zn 2+ (aq) dans la solution aqueuse de sulfate de zinc varie-t-elle au cours de l électrolyse? Justifier votre réponse. 2. Nécessité d un milieu acide En milieu basique, l ion zinc Zn 2+ (aq) peut réagir avec l ion hydroxyde HO - (aq) pour former un précipité d hydroxyde de zinc. Dans les conditions de l étude, le précipité se forme si la concentration en ions hydroxyde est supérieure à c= 3,16 10-9 mol.l -1, à 25 C. 2.1. Écrire l équation de la réaction de précipitation. 2.2. Montrer que la valeur du ph lorsque l hydroxyde de zinc précipite est égale à 5,5. Donnée : Produit ionique de l eau: K E = 1,0 10-14 à 25 C. 2.3. Pourquoi la solution aqueuse de sulfate de zinc doit-elle être acidifiée? 3. Etude quantitative La pièce en acier à recouvrir de zinc sur toute sa surface est un cylindre de rayon r = 10 cm et de hauteur h = 30 cm. 3.1. Montrer que la surface à recouvrir de zinc est S 2,5 10 3 cm 2 L épaisseur e de zinc doit être de 10 µm. La masse volumique du zinc est = 7,15 g.cm -3 3.2. Montrer que la masse de zinc qui recouvre le cylindre d acier est m 1,8 10 1 g 3.3. En déduire la quantité n(zn) de zinc (M(Zn) = 65,4 g.mol -1 ) puis la quantité n(e ) d électrons transférés en utilisant la question 1.3 3.4. Lors d une électrolyse, la quantité d électricité Q transférée est Q = I t = n(e ) F où F est le faraday. Calculer la durée t (en s puis en heures) de l électrolyse sachant que I = 5,0 A et F = 96500 C/mol. 17/04/2013 DS3TS_SPE_2012_2013.doc 1/8
II. Economies d énergie et bâtiment 1. Apports et déperditions thermiques dans un bâtiment Document 1 Source : ADEME Document 2a Mur de refend : mur porteur à l intérieur d un bâtiment 17/04/2013 DS3TS_SPE_2012_2013.doc 2/8
Document 2b Source : Guide Point P Performance énergétique 2011 17/04/2013 DS3TS_SPE_2012_2013.doc 3/8
2. Pourquoi isoler un bâtiment existant? Document 3a Source : guide Ademe «L isolation thermique» 17/04/2013 DS3TS_SPE_2012_2013.doc 4/8
Document 3b Différences de performance et de consommation énergétique entre une maison non-isolée et une maison dotée d'un système d'isolation : 17/04/2013 DS3TS_SPE_2012_2013.doc 5/8
Document 3c Une source d énergie primaire est une forme d énergie disponible dans la nature avant toute transformation. Si elle n est pas utilisable directement, elle doit être transformée en une source d énergie secondaire pour être mise en œuvre. Dans l'industrie de l'énergie, on distingue la production d'énergie primaire, de son stockage et son transport sous la forme d'énergie secondaire, et de la consommation d'énergie finale. (d après site Wikipédia) Document 3d Le diagnostic de performance énergétique (DPE) renseigne sur la performance énergétique d'un logement ou d'un bâtiment, en évaluant sa consommation d'énergie et son impact en terme d'émission de gaz à effet de serre. Il s'inscrit dans le cadre de la politique énergétique définie au niveau européen afin de réduire la consommation d'énergie des bâtiments et de limiter les émissions de gaz à effet de serre. Le contenu et les modalités d'établissement du DPE sont réglementés. Le DPE décrit le bâtiment ou le logement ainsi que ses équipements de chauffage et de refroidissement. Il indique soit la quantité d'énergie effectivement consommée, soit la consommation d'énergie estimée du bâtiment. La lecture du DPE est facilitée par deux étiquettes à 7 classes de A à G (A correspondant à la meilleure performance, G à la plus mauvaise) : l'étiquette énergie pour connaître la consommation d'énergie primaire ; l'étiquette climat pour connaître la quantité de gaz à effet de serre émise. Le diagnostic comprend également des recommandations qui permettent à l'usager de connaître les mesures les plus efficaces pour économiser de l'énergie. Sauf exception, la réalisation d'un DPE est obligatoire à l'occasion d une vente, d une location ou de la construction d un bâtiment neuf. Source : site http://www.rt-batiment.fr/ 17/04/2013 DS3TS_SPE_2012_2013.doc 6/8
3. La règlementation thermique en rénovation Document 4a Depuis novembre 2007, la réglementation thermique dans l existant encadre les travaux que les particuliers entreprennent dans leur logement. Elle n oblige pas à les réaliser mais fixe des performances à respecter : pour diminuer les besoins en énergie d un logement en l isolant pour l équiper de systèmes plus efficaces pour le chauffage, la ventilation, etc pour utiliser les énergies renouvelables Document 4b : surfacique surfacique D après Guide ADEME : «Rénover : la règlementation thermique» Document 4c 17/04/2013 DS3TS_SPE_2012_2013.doc 7/8
Document 4d R s min = e min lainevrac Produit d isolation Laine de roche (20 kg/m 3 ) Laine de roche Conditionnement Rouleaux et panneaux En vrac à souffler Usages les plus fréquents Toitures, toitures terrasse, combles perdus d accès facile, cloisons, planchers flottants Murs creux (insufflage), combles perdus d accès difficile Conductivité thermique Prix 0,050 W.m -1.K -1 3,50 /m 2 0,065 W.m -1.K -1 32,11 pour 20kg 4. Questions (9 points) Le document 2 présente les ponts thermiques dans un bâtiment. 4.1. Définissez-les et précisez comment on peut les supprimer. 4.2. Expliquer pourquoi, paradoxalement, «la chasse aux ponts thermiques» est surtout importante dans le cas d un bâtiment isolé. 4.3. Vous devez convaincre un particulier de réaliser des travaux d isolation dans sa maison. Rédigez un paragraphe argumenté de 20 lignes maximum pour le convaincre, à l aide des différents documents et de vos connaissances. Le propriétaire d un chalet dans les Vosges envisage d isoler les combles perdus, peu accessibles, au dessus du chalet : s il veut obtenir des aides fiscales, la réglementation thermique dans l existant lui impose certaines règles. Il prévoit de disposer sur le plancher des combles, considéré comme pas du tout isolant, une épaisseur d isolant de laine de roche. 4.4. Proposer la solution qui vous semble la plus adaptée pour que le plancher des combles perdus du chalet réponde à la règlementation thermique à moindre coût. 17/04/2013 DS3TS_SPE_2012_2013.doc 8/8