Produits d'entretien, protection de la coque d'un bateau contre la corrosion : Bac Sti2d ( biotechnologies) Antilles 2013

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Des taches de  résine sont visibles sur le pont. Pour les faire partir, on hésite entre deux produits : un détergent estampilé "biodégradable à 80 %" et de l'essence de térébenthine ( huile essentielle obtenue à partir d'écorce de pin ).
Que signifie les pictogrammes suivants ?

Corrosif, inflammable, cancèrigène, danger pour l'environnement.
Ce produit sera utilisé en mer. Lequel est-il préférable d'utiliser ? Quelles précautions faut-il prendre lors de son utilisation ?
Le détergent présente moins de danger pour l'environnement : port de gant, lunette de protection, ce produit étant corrosif.
Le détergent biodégradable contient de l'hydroxyde de sodium : son pH est égal à 13,5.
Quel est la nature de ce produit ?
Ce produit est très basique.
Le détergent biodégradable peut aussi être utilisé comme dégraissant.
Expliquer pourquoi ce produit utilisé en association avec l'eau permet d'éliminer les graisses.
Les graisses, triester du glycérol, subissent une hydrolyse basique : on obtient des carboxylates de sodium et du glycérol solubles dans l'eau..
Comment prévenir l'apparition de rouille ?
La coque du bateau est en acier. Au contact de l'eau de mer, le fer peut être oxydé par l'oxygène dissous à l'interface air-eau salée. Les deux couples qui interviennent sont : Fe2+aq/Fe(s) et O2(g) /H2O.

Ecrire les deux demi-équations d'oxydoréduction puis  l'équation de la réactio de corrosion.
Oxydation du fer : Fe(s) = Fe2+aq+ 2e-.
Réduction du dioxygène :
½ O2(g) +2e-+2H+aq =H2O.
Fe(s) +½ O2(g) +2H+aq= Fe2+aq+H2O.
Afin de protéger la coque, un métal plus réducteur que le fer, le zinc est fixé à différents endroits de la coque. Le zinc s'oxyde. Cette méthode porte le nom d'anode sacrificielle. Justifier ce terme.
Le zinc est oxydé à la place du fer ; une oxydation se produit à une anode. Le métal zinc disparaît et le fer est protégé tant qu'il y a du zinc.



On va déterminer la masse de zinc nécessaire à protéger la coque pendant une année.
Ecrire la demi-équation d'oxydation du zinc puis montrer que la quantité d'électricité que peut libérer un kilogramme de zinc est 2,95 106 C. M(Zn) = 65,4 g/mol ; 1F = 96,5 103 C.
Zn(s) = Zn2+aq + 2e-.
n(Zn) = m/M = 1000 / 65,4 =15,29 mol.
Quantité de matière d'électrons : 2 n(Zn) = 2*15,29 = 30,58 mol.
Quantité d'électricité Q = 2n(Zn) F = 30,58*
96,5 103=2,95 106 C.
1 Ah = 3600 C ; Q =
2,95 106/3600 =820 Ah.

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On fabrique une pile en trempant une plaque de zinc et une plaque de fer dans une solution d'acide sulfurique. On mesure l'intensité I du courant débité par la pile. Puis on détermine la perte de masse m2 de la plaque de zinc au bout d'une durée Dt. On donne m2 =0,370 g ; Dt =120 min ; I =0,150 A.
  A partir des unités des grndeurs, établir la relation entre la capacité W du zinc et les grandeurs I, m2 et Dt.
W est la quantité d'électricité que peut fournir 1 kg de zinc. W s'exprime en C kg-1.
I Dt est une quantité d'électricité en C ; W =
I Dt / m2 avec m2 en kg.
Montrer que W = 811 Ah kg-1.
W = 0,150 *2,00 /0,370 10-3 =811 Ah kg-1.
Déterminer l'incertitude Dm sur la valeur de m2.

Précision de la balance 0,01 g. Dm = 1,16*0,01 = 0,0116 g ~0,012 g
Montrer que l'incertitude DI sur la valeur de I vaut 0,005.
Précision de l'ampèremètre  ±2% de la valeur lue + 1 mA =0,15*0,02+0,001 = 0,004 A.
DI=1,16*0,004 =0,00464 ~0,005 A.
A l'aide de la formule suivante, estimer l'incertitude DW de votre mesurage.
(DW / W)2 = (DI / I)2  + (Dm / m2)2 =(0,005/0,15)2 +(0,0116 /0,37)2 =1,11 10-3 +9,83 10-4 = 2,09 10-3 .
DW / W =4,6 10-2 ; DW = 4,6 10-2 *811 = 37 Ah kg-1.
W = 811 ±37
Ah kg-1. La valeur 820 trouvée ci-dessus est en accord ; elle appartient à l'intervalle [811-37 ; 811 +37]




La surface immergée de la coque est de l'ordre de 20 m2. Le besoin en courant de protection d'une coque en acier en eau de mer est d'environ 20 mA m-2.
Quel est le courant nécessaire pour assurer la protection de la coque.
20 *20 = 400 mA = 0,40 A.
Rappeler la relation entre l'intensitéé I du courant débité pendant la durée Dt et la quantité d'électricité Q.
Q = I Dt avec Q en Ah, I en A et Dt en heure.
Déterminer la durée de la protection ( en jour) assurée par 1 kg de zinc.
Dt = Q/I =820 /0,40 =2,05 103 heures ou environ 85 jours.
En déduire la masse de zinc à fixer sur la coque pour assurer une prootection durant une année.
365 / 85 ~4,3 kg.

 



  

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