Bac S 2013 Nouvelle Caldonie Session de remplacement Mars 2014 http://labolycee.org EXERCICE I LES FOURMIS DETIENNENT-ELLES LA CL

DU CARBURANT DU FUTUR ? (5 points)

Daprs le communiqu de presse de lcole Polytechnique Fdrale de Lausanne (EPFL) du 30 novembre 2010 (Journaliste : Lionel Pousaz)

Lhydrogne est souvent dsign comme le futur remplaant des carburants fossiles. Il est facilement produit partir dnergie lectrique. cologique et performant, il nen prsente pas moins de nombreux inconvnients. Extrmement inflammable, il doit tre stock dans dencombrantes bouteilles pressurises. Autant dobstacles son utilisation, que les scientifiques de lEPFL et leurs confrres du Leibniz-Institut fr Katalyse ont levs, en stockant lhydrogne sous la forme dacide formique. Grce un catalyseur et au CO2 prsent dans latmosphre, les scientifiques ont transform lhydrogne en acide formique. Plutt quune lourde bouteille de fonte remplie dhydrogne sous pression, ils obtiennent ainsi une substance trs peu inflammable et liquide temprature ambiante. Une solution pour accumuler lnergie des sources renouvelables comme le solaire ou lolien, ou alimenter la voiture de demain. En novembre 2010, seconde tape. Les laboratoires sont parvenus provoquer le phnomne inverse : par le biais dune catalyse, lacide formique retourne de manire totale ltat de CO2 et dhydrogne, lequel peut ensuite tre transform en nergie lectrique. Un prototype fonctionnel, peu encombrant et dune puissance de deux kilowatts est dores et dj au point.

Stocker les nergies renouvelables Imaginez par exemple que vous ayez des cellules solaires sur votre toit, explique Gabor Laurenczy, professeur au Laboratoire de chimie organomtallique et mdicinale et chef de Groupe de catalyse pour lnergie et lenvironnement. Par mauvais temps ou pendant la nuit, votre pile combustible (H2, O2) vous restitue le trop-plein dnergie accumul quand le soleil brillait. Dans une telle configuration, le procd permet de restituer plus de 60% de lnergie lectrique de dpart. Cette solution est extrmement sure. Lacide formique libre de manire continue de trs petites quantits dhydrogne, juste ce dont vous avez besoin sur le moment pour votre consommation lectrique , relve le chercheur. Autre avantage par rapport au stockage conventionnel, le procd permet de stocker presque le double dnergie volume gal. En effet, un litre dacide formique peut librer par une transformation chimique plus de 53 grammes dhydrogne contre peine 28 grammes pour un mme volume dhydrogne pur pressuris 350 bars. Enfin, les chercheurs ont travaill sur un procd de catalyse bas sur le fer, mtal facilement disponible et peu coteux en comparaison des mtaux nobles comme le platine ou le ruthnium.

De lacide formique la pompe Cest sans doute dans le domaine automobile que linvention prsente les potentiels les plus intressants. Actuellement, les prototypes produits par certaines grandes marques stockent lhydrogne sous forme classique, avec les problmes que lon sait : danger dexplosion, volume important occup par le rservoir pressuris, difficults pour faire le plein rapidement Les vhicules du XXIme sicle pourraient rouler lacide formique. Cette solution permet un stockage de lhydrogne non seulement plus sr, mais galement plus compact et plus simple remplir la pompe lacide formique est liquide temprature ambiante. Techniquement, cest tout fait faisable. Dailleurs, de grands constructeurs nous ont contacts en 2008, quand le baril de ptrole a atteint des sommets, confie Gabor Laurenczy. mon sens, le seul obstacle est conomique. Il scoulera encore quelques annes avant de peut-tre pouvoir faire le plein la premire fourmilire croise sur le chemin.

Toutes les questions sont indpendantes.

1. Lacide formique dans les nouvelles chaines nergtiques

Donnes

formule dveloppe de lacide formique : ; densit de lacide formique par rapport leau : dAH = 1,22 ; masse volumique de leau = 1,0 kg.L-1 ; masse molaire atomique de lhydrogne : MH = 1,0 g.mol-1 ; masse molaire atomique de loxygne : MO = 16,0 g.mol-1 ; masse molaire atomique du carbone : MC = 12,0 g.mol-1 ;

1.1. Donner trois arguments qui indiquent que lacide formique serait plus avantageux que lhydrogne dans les vhicules du futur.

1.2. Dmontrer que laffirmation du texte un litre dacide formique peut librer par une transformation chimique plus de 53 grammes dhydrogne est vraie.

1.3. Complter la chane des conversions dnergie et des transformations chimiques en ANNEXE I RENDRE AVEC LA COPIE avec les termes suivant : CO2, nergie lectrique, O2, HCO2H.

2. Lacide formique en milieu biologique

Dans la dernire phrase de larticle, le journaliste voque la possibilit de faire le plein de carburant la premire fourmilire croise sur le chemin. Depuis trs longtemps les scientifiques sintressent lacide formique. En 1671, le naturaliste anglais John Ray a isol, par distillation dun grand nombre de fourmis mortes, un liquide incolore forte odeur cre et au caractre acide nomm acide formique.

2.1. Piqre de fourmi

Les fourmis se dfendent en mordant avec leurs mandibules et, pour certaines espces, en projetant de lacide formique dans la morsure. La raction avec leau des tissus occasionne des brlures.

Daprs www.desinfestation.ch

2.1.1. Pourquoi lacide formique est-il un acide selon la thorie de Brnsted ?

2.1.2. crire lquation de la raction chimique lorigine des brlures.

H C O H

O

Abdomen dirig vers la zone de morsure

Mandibules

2.2. Lestomac du tamanoir

La digestion des aliments dans lestomac ncessite un milieu acide de pH environ gal 2. Chez la plupart des mammifres, ce pH est atteint grce la production dacide chlorhydrique dans lorganisme. En revanche, lappareil digestif du tamanoir est diffrent en raison de son rgime alimentaire : il mange jusqu 30 000 fourmis par jour !

Donnes

lacide formique est un acide faible dans leau ; pKA du couple acide / ion formiate (HCO2H (aq) / HCO2(aq)) : 3,8 ; pKA du couple eau / ion hydroxyde (H2O (l) / HO (aq)) : 14,0 ; pKA du couple ion oxonium / eau (H3O+(aq) / H2O (l)) : 0 ; pH = -log([H3O+]) avec [H3O+] en mol.L-1 ; pH > log (c) pour une solution aqueuse dacide faible de concentration c (en mol.L-1) en solut

apport.

2.2.1. Quelle est lespce prdominante du couple acide formique / ion formiate dans lestomac des tamanoirs ? Justifier.

2.2.2. La concentration en acide formique apport dans lestomac du tamanoir est-elle gale, infrieure ou suprieure 102 mol.L-1 ? Justifier.

2.2.3. Proposer une hypothse justifiant le fait que les tamanoirs nont pas besoin de produire dacide chlorhydrique pour leur digestion.

Tamanoir

ANNEXE I RENDRE AVEC LA COPIE

ANNEXE DE LEXERCICE I : Chane des conversions dnergie et des transformations chimiques

nergie lectrique

lectrolyse

Pile combustible

O2

H2O

H2

Transformation chimique catalyse

Transformation chimique catalyse

.

.

.

.

CO2

H2

H2O