BTS AE 1ère année année scolaire 2010-2011 TP n°3: mesures de forces électromotrices de piles d'oxydoréduction
Objectifs: - mesurer la tension d'une pile formée de deux couples oxydoréducteurs;
- en déduire l'équation-bilan caractérisant le fonctionnement de la pile.
I Relevés expérimentaux
1.1 Réalisation d'une pile
Remplissez au ¾ un bêcher avec une solution contenant des ions Mn+(M est le métal correspondant, c’est-à- dire le cuivre, le plomb, le zinc ou le fer ici) de concentration C = 0,10 mol/L
Plongez dans la solution une lame bien décapée du métal M : vous venez de réaliser une demi- pile!
Préparez ainsi les demi- piles : Cu2+ /Cu ; Zn2+/Zn ; Pb2+/Pb ; Fe2+/Fe.
Remplissez un cinquième bêcher au ¾ avec une solution de chlorure de potassium et disposez-le au milieu des quatre autres bêchers placés en étoile suivant le schéma ci- contre.
- Reliez chaque demi-pile au chlorure de potassium par un pont salin (une bande de papier filtre imbibée de chlorure de
potassium).Ce pont salin assure la neutralité électrique des solutions, et permet également le passage du courant dans la pile.
En associant deux demi-piles (contenant les métaux M1 et M2), vous avez maintenant réalisé la pile M1M2.
Un voltmètre relié aux lames des deux demi-piles (sa borne
« V » sur la lame M1, et sa borne « COM » sur la lame M2) va mesurer la force électromotrice (fém) E=UM1M2 de la pile.
1.2 Mesurez les fém E de six piles différentes (mettant en jeu les 4 métaux). Consignez vos résultats dans le tableau ci-dessous (colonne « Mesures »).
Mesures Exploitations
Métal M1 Métal M2 E=UM1M2 (V) cathode anode Ethéorique (V)
Pile n°1 Cuivre Zinc
Pile n°2 Cuivre Plomb
Pile n°3 Cuivre Fer
Pile n°4 Zinc Plomb
Pile n°5 Zinc Fer
Pile n°6 Plomb Fer
II Exploitations
1- Pour chaque pile,déduire des mesures des fém l'électrode positive, appelée cathode et l'électrode négative, appelée anode.
2- On donne les potentiels standards d'oxydoréduction suivants:
ECu2+/Cu = 0.34 V ; EPb2+/Pb = -0.13 V ; EFe2+/Fe = -0.44 V ; EZn2+/Zn = -0.76 V.
Ce potentiel standard est défini dans des conditions très précises : pour une solution de concentration 1 mol/L, à la température de 298 K (25°C).
Calculer pour chaque pile sa fém théorique obtenue à partir de ces potentiels (dernière colonne).
1
Pont salin
Bêcher contenant le chlorure de potassium
BTS AE 1ère année année scolaire 2010-2011 3- Avec quel couple oxydoréducteur obtient-on en pratique des valeurs de fém sensiblement différentes ? ...
Quelles sont les raisons possibles ? …...
...
4- Supposons à présent qu'à la place du voltmètre, on mette une résistance: un courant I est débité par la pile.
Fléchez ce courant traversant la résistance sur le schéma.
Indiquez également le sens de déplacement des électrons dans les fils de liaisons.
Quelle électrode reçoit ses électrons ? …...
Quelle réaction chimique se produit sur cette électrode ? …...
Quelle électrode libère des électrons ? …...
Quelle réaction chimique se produit sur cette électrode ? …...
5- Pour chacune des piles réalisées, écrivez les demi- réactions électroniques de réduction et d’oxydation qui ont lieu. En déduire l’équation-bilan caractérisant le fonctionnement de la pile.
½ réaction de réduction ½ réaction d'oxydation Équation-bilan Pile n°1
Pile n°2 Pile n°3 Pile n°4 Pile n°5 Pile n°6
6- Parmi les quatre métaux, quel est celui qui n’est jamais oxydé, et celui qui l’est toujours ? Justifiez.
...
...
- En déduire un classement des métaux, du plus réducteur au moins réducteur.
...
- Parmi les quatre ions, quel est celui qui n’est jamais réduit, et celui qui l’est toujours ? Justifiez.
...
...
- En déduire un classement des ions, du plus oxydant au moins oxydant.
...
- Aux vues des potentiels standards et de vos résultats, dites si un couple oxydoréducteur possédant un potentiel élevé a un fort pouvoir réducteur ou oxydant.
...
- Aux vues des potentiels standard et de vos résultats, dites si un couple oxydoréducteur possédant un potentiel bas a un fort pouvoir réducteur ou oxydant.
...
2
+
R-
cathode anode
