QCM : Fonctionnement des piles et batteries (17 questions)

Question 1

1. Quels éléments constituent une pile ou une batterie, et où circulent les ions ?

Deux électrodes séparées par un circuit externe où circulent les ions

Deux électrolytes séparés par une électrode liquide ou en gel

Une électrode entourée d’un électrolyte liquide ou en gel

Deux électrodes séparées par un électrolyte liquide ou en gel

Explication

Une pile ou une batterie comporte deux électrodes séparées par un électrolyte, liquide ou en gel, dans lequel circulent les ions. Les autres réponses confondent électrodes et électrolyte ou situent les ions dans le circuit externe.

Answer

Deux électrodes séparées par un électrolyte liquide ou en gel

Question 2

2. Un atome gagne deux électrons lors d’une transformation. Quelle description de l’ion obtenu est correcte ?

Un anion formé par le gain d’électrons

Un cation formé par le gain d’électrons

Un anion formé par le gain de protons

Un cation formé par la perte d’électrons

Explication

Un atome qui gagne un ou plusieurs électrons devient un anion. La confusion entre gain et perte d’électrons inverse le signe de l’ion; un ion peut aussi être un atome seul, et sa formation est définie ici par le transfert d’électrons, non de protons.

Answer

Un anion formé par le gain d’électrons

Question 3

3. Une pile alimente une lampe et débite du courant. Quelle transformation d’énergie se produit grâce aux réactions aux électrodes ?

L’énergie thermique est convertie en énergie électrique

L’énergie chimique est convertie en énergie électrique

L’énergie électrique est convertie en énergie thermique

L’énergie électrique est convertie en énergie chimique

Explication

Quand une pile ou une batterie débite, des réactions d’oxydoréduction aux électrodes convertissent l’énergie chimique en énergie électrique. L’inversion correspond à la recharge, tandis que les deux autres erreurs attribuent une conversion différente ou négligent les réactions aux électrodes.

Answer

L’énergie chimique est convertie en énergie électrique

Question 4

4. Pour représenter un couple oxydant-réducteur échangeant trois électrons, quelle écriture respecte la forme générale du couple ?

3\,\mathrm{Ox}+e^-\rightleftharpoons\mathrm{Red}

\mathrm{Red}+3\,e^-\rightleftharpoons\mathrm{Ox}

\mathrm{Ox}+3\,e^-\rightleftharpoons\mathrm{Red}

\mathrm{Ox}\rightleftharpoons\mathrm{Red}+3\,e^-

Explication

Un couple s’écrit $\mathrm{Ox}+n\,e^-\rightleftharpoons\mathrm{Red}$ , où $n$ est le nombre d’électrons échangés; ici, $n=3$ . Les autres écritures inversent les espèces, mettent les électrons du mauvais côté ou modifient leur nombre.

Answer

$$\mathrm{Ox}+3\,e^-\rightleftharpoons\mathrm{Red}$$

Question 5

5. En vérifiant une équation d’oxydoréduction, une élève constate que chaque élément est en même quantité des deux côtés, mais que la charge totale diffère. Que reste-t-il à corriger ?

Équilibrer les charges en conservant aussi l’équilibre des éléments

Équilibrer les charges en autorisant un déséquilibre des éléments

Modifier les quantités d’éléments sans tenir compte des charges

Conserver les coefficients et ajuster uniquement le nombre de molécules

Explication

Une réaction d’oxydoréduction doit être équilibrée à la fois en éléments chimiques et en charges. La première erreur néglige les charges, la deuxième relâche le bilan des éléments et la troisième ne garantit pas leur conservation.

Answer

Équilibrer les charges en conservant aussi l’équilibre des éléments

Question 6

6. Dans une pile en fonctionnement, une électrode est le siège de la réduction. À quelle électrode correspond-elle ?

À l’électrolyte

Au circuit externe

À l’anode

À la cathode

Explication

La réduction a lieu à la cathode, tandis que l’oxydation a lieu à l’anode. La réponse qui désigne l’anode inverse ces deux sièges; l’électrolyte et le circuit externe ne sont pas les électrodes où se produisent ces réactions.

Answer

À la cathode

Question 7

7. Pour organiser des couples oxydant-réducteur sur une échelle, quelle grandeur permet de les classer et quelle unité est utilisée ?

La température, graduée en ampères

Le potentiel d’oxydoréduction, gradué en coulombs

La concentration des produits, graduée en volts

Le potentiel d’oxydoréduction, gradué en volts

Explication

Les couples Ox/Red sont classés selon leur potentiel d’oxydoréduction, sur une échelle graduée en volts. Les autres réponses confondent cette grandeur avec la concentration ou la température, ou lui associent une unité incorrecte.

Answer

Le potentiel d’oxydoréduction, gradué en volts

Question 8

8. Un chimiste veut comparer un couple à son potentiel standard. Dans quelles conditions considère-t-il ce potentiel ?

À concentration nulle et à température ambiante

À concentration molaire et à température quelconque

À concentration quelconque et à température ambiante

À concentration molaire et à température ambiante

Explication

Le potentiel standard $E^0$ ou $\Pi^0$ est considéré pour une concentration molaire et à température ambiante. Les distracteurs modifient l’une de ces conditions ou remplacent la concentration molaire par une concentration nulle.

Answer

À concentration molaire et à température ambiante

Question 9

9. Quelle propriété distingue une batterie d’une pile dans le contexte de leur utilisation ?

Elle convertit l’énergie électrique en énergie chimique pendant la décharge.

Elle ne fonctionne qu’avec un électrolyte solide.

Elle fournit du courant sans réaction chimique.

Elle peut être rechargée.

Explication

Une batterie peut être rechargée, contrairement à une pile dans la distinction présentée. Confondre batterie et source non rechargeable nie cette propriété ; la production de courant et l’électrolyte ne définissent pas cette distinction ; la conversion d’énergie indiquée ne caractérise pas la décharge.

Answer

Elle peut être rechargée.

Question 10

10. Lors du fonctionnement d’une batterie au plomb, le plomb perd des électrons selon $\mathrm{Pb}\rightarrow\mathrm{Pb}^{2+}+2e^-$ . Où cette oxydation a-t-elle lieu et quelle est la polarité de l’électrode ?

À l’anode, borne positive.

À la cathode, borne positive.

À l’anode, borne négative.

À la cathode, borne négative.

Explication

Dans la batterie au plomb en fonctionnement, l’oxydation du plomb se produit à l’anode, qui est la borne négative. La cathode positive est le siège de la réduction ; les deux autres réponses associent incorrectement la polarité aux électrodes.

Answer

À l’anode, borne négative.

Question 11

11. Dans une batterie au plomb en fonctionnement, le dioxyde de plomb consomme des électrons selon $\mathrm{PbO_2}+4\mathrm{H^+}+2e^-\rightarrow\mathrm{Pb}^{2+}+2\mathrm{H_2O}$ . Quelle électrode réalise cette réduction ?

L’anode, qui est la borne négative.

La cathode, qui est la borne négative.

L’anode, qui est la borne positive.

La cathode, qui est la borne positive.

Explication

La réduction du dioxyde de plomb a lieu à la cathode, borne positive, dans la batterie décrite. La réponse opposée confond cathode et anode ; les autres inversent la polarité liée à ces électrodes.

Answer

La cathode, qui est la borne positive.

Question 12

12. Pour écrire le bilan global d’une batterie au plomb en fonctionnement, quelle équation obtient-on après élimination des électrons échangés ?

\mathrm{Pb}+4\mathrm{H^+}+\mathrm{PbO_2}\rightarrow2\mathrm{Pb}^{2+}+2\mathrm{H_2O}

\mathrm{Pb}+2\mathrm{H^+}+\mathrm{PbO_2}\rightarrow2\mathrm{Pb}^{2+}+2\mathrm{H_2O}

\mathrm{Pb}+4\mathrm{H^+}+\mathrm{PbO_2}\rightarrow\mathrm{Pb}^{2+}+2\mathrm{H_2O}

2\mathrm{Pb}^{2+}+2\mathrm{H_2O}\rightarrow\mathrm{Pb}+4\mathrm{H^+}+\mathrm{PbO_2}

Explication

Le bilan combine l’oxydation du plomb et la réduction du dioxyde de plomb, puis les électrons se simplifient, donnant l’équation indiquée. La deuxième réponse sous-estime les ions hydrogène, la troisième réduit de moitié le produit ionique et la quatrième inverse le bilan.

Answer

$$\mathrm{Pb}+4\mathrm{H^+}+\mathrm{PbO_2}\rightarrow2\mathrm{Pb}^{2+}+2\mathrm{H_2O}$$

Question 13

13. Un dispositif de stockage est assemblé en reliant plusieurs accumulateurs : de quoi une batterie est-elle constituée dans cette description ?

D’une seule électrode plongée dans un électrolyte.

D’une association d’ions formant un électrolyte.

D’une association d’accumulateurs.

D’une association de condensateurs.

Explication

Une batterie est constituée d’une association d’accumulateurs. Une électrode ou des ions de l’électrolyte sont des éléments de constitution, pas l’association qui forme la batterie ; les condensateurs sont un autre type de composant.

Answer

D’une association d’accumulateurs.

Question 14

14. Trois accumulateurs montés en série ont des forces électromotrices de $1{,}2\,\mathrm{V}$ , $1{,}5\,\mathrm{V}$ et $0{,}9\,\mathrm{V}$ . Quelle est leur force électromotrice équivalente ?

2{,}7\,\mathrm{V}

1{,}5\,\mathrm{V}

3{,}6\,\mathrm{V}

0{,}5\,\mathrm{V}

Explication

En série, les forces électromotrices s’additionnent : $1{,}2+1{,}5+0{,}9=3{,}6\,\mathrm{V}$ . La valeur $0{,}5\,\mathrm{V}$ correspond à une confusion avec une combinaison de résistances, $1{,}5\,\mathrm{V}$ retient seulement la plus grande valeur et $2{,}7\,\mathrm{V}$ omet un accumulateur.

Answer

$$3{,}6\,\mathrm{V}$$

Question 15

15. Trois accumulateurs en parallèle ont des résistances $r_1=6\,\Omega$ , $r_2=3\,\Omega$ et $r_3=2\,\Omega$ . Quelle résistance équivalente leur association présente-t-elle ?

\frac{1}{11}\,\Omega

1\,\Omega

\frac{11}{3}\,\Omega

11\,\Omega

Explication

En parallèle, $\frac{1}{r_{\mathrm{équiv}}}=\frac{1}{6}+\frac{1}{3}+\frac{1}{2}=1\,\Omega^{-1}$ , donc $r_{\mathrm{équiv}}=1\,\Omega$ . $11\,\Omega$ résulte d’une addition de résistances en série ; $\frac{11}{3}\,\Omega$ est leur moyenne ; $\frac{1}{11}\,\Omega$ oublie de prendre l’inverse de la somme des inverses.

Answer

$$1\,\Omega$$

Question 16

16. Une batterie fournit un courant constant de $2{,}5\,\mathrm{A}$ pendant $4\,\mathrm{h}$ . Quelle charge maximale correspond à cette durée, exprimée en coulombs ?

10\,\mathrm{C}

14{,}5\,\mathrm{C}

36\,000\,\mathrm{C}

0{,}0028\,\mathrm{C}

Explication

La charge vaut $Q_{\max}=I\Delta t$ . Il faut convertir $4\,\mathrm{h}$ en $14\,400\,\mathrm{s}$ , puis calculer $2{,}5\times14\,400=36\,000\,\mathrm{C}$ ; les autres résultats omettent ou inversent la conversion, ou remplacent le produit par une somme.

Answer

$$36\,000\,\mathrm{C}$$

Question 17

17. Un constituant limitant de masse $0{,}020\,\mathrm{kg}$ et de masse molaire $0{,}200\,\mathrm{kg\,mol^{-1}}$ échange $2$ électrons par entité. En prenant $N_Aq\approx96\,500\,\mathrm{C\,mol^{-1}}$ , quelle charge maximale théorique peut-il fournir ?

965\,000\,\mathrm{C}

9\,650\,\mathrm{C}

19\,300\,\mathrm{C}

1\,930\,\mathrm{C}

Explication

La quantité de matière vaut $m/M=0{,}020/0{,}200=0{,}10\,\mathrm{mol}$ , donc $Q_{\max}=0{,}10\times2\times96\,500=19\,300\,\mathrm{C}$ . La valeur $9\,650\,\mathrm{C}$ omet le facteur électrons, tandis que les autres résultent d’une inversion ou d’une substitution incorrecte de la masse.

Answer

$$19\,300\,\mathrm{C}$$

QCM : Fonctionnement des piles et batteries (17 questions)

Questions et réponses du QCM

1. Quels éléments constituent une pile ou une batterie, et où circulent les ions ?

2. Un atome gagne deux électrons lors d’une transformation. Quelle description de l’ion obtenu est correcte ?

3. Une pile alimente une lampe et débite du courant. Quelle transformation d’énergie se produit grâce aux réactions aux électrodes ?

4. Pour représenter un couple oxydant-réducteur échangeant trois électrons, quelle écriture respecte la forme générale du couple ?

5. En vérifiant une équation d’oxydoréduction, une élève constate que chaque élément est en même quantité des deux côtés, mais que la charge totale diffère. Que reste-t-il à corriger ?

6. Dans une pile en fonctionnement, une électrode est le siège de la réduction. À quelle électrode correspond-elle ?

7. Pour organiser des couples oxydant-réducteur sur une échelle, quelle grandeur permet de les classer et quelle unité est utilisée ?

8. Un chimiste veut comparer un couple à son potentiel standard. Dans quelles conditions considère-t-il ce potentiel ?

9. Quelle propriété distingue une batterie d’une pile dans le contexte de leur utilisation ?

10. Lors du fonctionnement d’une batterie au plomb, le plomb perd des électrons selon $\mathrm{Pb}\rightarrow\mathrm{Pb}^{2+}+2e^-$ . Où cette oxydation a-t-elle lieu et quelle est la polarité de l’électrode ?

11. Dans une batterie au plomb en fonctionnement, le dioxyde de plomb consomme des électrons selon $\mathrm{PbO_2}+4\mathrm{H^+}+2e^-\rightarrow\mathrm{Pb}^{2+}+2\mathrm{H_2O}$ . Quelle électrode réalise cette réduction ?

12. Pour écrire le bilan global d’une batterie au plomb en fonctionnement, quelle équation obtient-on après élimination des électrons échangés ?

13. Un dispositif de stockage est assemblé en reliant plusieurs accumulateurs : de quoi une batterie est-elle constituée dans cette description ?

14. Trois accumulateurs montés en série ont des forces électromotrices de $1{,}2\,\mathrm{V}$ , $1{,}5\,\mathrm{V}$ et $0{,}9\,\mathrm{V}$ . Quelle est leur force électromotrice équivalente ?

15. Trois accumulateurs en parallèle ont des résistances $r_1=6\,\Omega$ , $r_2=3\,\Omega$ et $r_3=2\,\Omega$ . Quelle résistance équivalente leur association présente-t-elle ?

16. Une batterie fournit un courant constant de $2{,}5\,\mathrm{A}$ pendant $4\,\mathrm{h}$ . Quelle charge maximale correspond à cette durée, exprimée en coulombs ?

17. Un constituant limitant de masse $0{,}020\,\mathrm{kg}$ et de masse molaire $0{,}200\,\mathrm{kg\,mol^{-1}}$ échange $2$ électrons par entité. En prenant $N_Aq\approx96\,500\,\mathrm{C\,mol^{-1}}$ , quelle charge maximale théorique peut-il fournir ?

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Questions et réponses du QCM

1. Quels éléments constituent une pile ou une batterie, et où circulent les ions ?

2. Un atome gagne deux électrons lors d’une transformation. Quelle description de l’ion obtenu est correcte ?

3. Une pile alimente une lampe et débite du courant. Quelle transformation d’énergie se produit grâce aux réactions aux électrodes ?

4. Pour représenter un couple oxydant-réducteur échangeant trois électrons, quelle écriture respecte la forme générale du couple ?

5. En vérifiant une équation d’oxydoréduction, une élève constate que chaque élément est en même quantité des deux côtés, mais que la charge totale diffère. Que reste-t-il à corriger ?

6. Dans une pile en fonctionnement, une électrode est le siège de la réduction. À quelle électrode correspond-elle ?

7. Pour organiser des couples oxydant-réducteur sur une échelle, quelle grandeur permet de les classer et quelle unité est utilisée ?

8. Un chimiste veut comparer un couple à son potentiel standard. Dans quelles conditions considère-t-il ce potentiel ?

9. Quelle propriété distingue une batterie d’une pile dans le contexte de leur utilisation ?

10. Lors du fonctionnement d’une batterie au plomb, le plomb perd des électrons selon Pb→Pb2++2e−\mathrm{Pb}\rightarrow\mathrm{Pb}^{2+}+2e^-Pb→Pb2++2e−. Où cette oxydation a-t-elle lieu et quelle est la polarité de l’électrode ?

11. Dans une batterie au plomb en fonctionnement, le dioxyde de plomb consomme des électrons selon PbO2+4H++2e−→Pb2++2H2O\mathrm{PbO_2}+4\mathrm{H^+}+2e^-\rightarrow\mathrm{Pb}^{2+}+2\mathrm{H_2O}PbO2​+4H++2e−→Pb2++2H2​O. Quelle électrode réalise cette réduction ?

12. Pour écrire le bilan global d’une batterie au plomb en fonctionnement, quelle équation obtient-on après élimination des électrons échangés ?

13. Un dispositif de stockage est assemblé en reliant plusieurs accumulateurs : de quoi une batterie est-elle constituée dans cette description ?

14. Trois accumulateurs montés en série ont des forces électromotrices de 1,2 V1{,}2\,\mathrm{V}1,2V, 1,5 V1{,}5\,\mathrm{V}1,5V et 0,9 V0{,}9\,\mathrm{V}0,9V. Quelle est leur force électromotrice équivalente ?

15. Trois accumulateurs en parallèle ont des résistances r1=6 Ωr_1=6\,\Omegar1​=6Ω, r2=3 Ωr_2=3\,\Omegar2​=3Ω et r3=2 Ωr_3=2\,\Omegar3​=2Ω. Quelle résistance équivalente leur association présente-t-elle ?

16. Une batterie fournit un courant constant de 2,5 A2{,}5\,\mathrm{A}2,5A pendant 4 h4\,\mathrm{h}4h. Quelle charge maximale correspond à cette durée, exprimée en coulombs ?

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10. Lors du fonctionnement d’une batterie au plomb, le plomb perd des électrons selon $\mathrm{Pb}\rightarrow\mathrm{Pb}^{2+}+2e^-$ . Où cette oxydation a-t-elle lieu et quelle est la polarité de l’électrode ?

11. Dans une batterie au plomb en fonctionnement, le dioxyde de plomb consomme des électrons selon $\mathrm{PbO_2}+4\mathrm{H^+}+2e^-\rightarrow\mathrm{Pb}^{2+}+2\mathrm{H_2O}$ . Quelle électrode réalise cette réduction ?

14. Trois accumulateurs montés en série ont des forces électromotrices de $1{,}2\,\mathrm{V}$ , $1{,}5\,\mathrm{V}$ et $0{,}9\,\mathrm{V}$ . Quelle est leur force électromotrice équivalente ?

15. Trois accumulateurs en parallèle ont des résistances $r_1=6\,\Omega$ , $r_2=3\,\Omega$ et $r_3=2\,\Omega$ . Quelle résistance équivalente leur association présente-t-elle ?

16. Une batterie fournit un courant constant de $2{,}5\,\mathrm{A}$ pendant $4\,\mathrm{h}$ . Quelle charge maximale correspond à cette durée, exprimée en coulombs ?