Réalisation d’une pile cuivre - zinc
1. Réaction entre les ions cuivre II et le métal zinc :
Lorsqu’on plonge une lame de métal zinc dans une solution bleue de sulfate de cuivre II, la lame de zinc se recouvre d’une couche de métal cuivre rouge
Parallèlement, la solution initialement bleue se décolore ; des ions Zn2+ apparaissent dans la solution.
On donne les couples rédox : Cu2+/Cu et Zn2+/Zn
a. Quelle est l’espèce qui a été oxydée au cours de l’expérience ? Ecrire la demi-équation traduisant cette oxydation.
b. Quelle est l’espèce qui a été réduite au cours de l’expérience ? Ecrire la demi-équation traduisant cette réduction.
c. Ecrire le bilan global de l’équation d’oxydoréduction qui a eu lieu.
2. En 1836, au moment où le développement du télégraphe faisait apparaître un besoin urgent de sources de courant, le chimiste britannique John Daniell eut l’idée d’utiliser l’équation d’oxydoréduction ci- dessus pour obtenir un courant constant. Son idée était d’empêcher le transfert direct des électrons du réducteur à l’oxydant, mais de forcer ces électrons à passer à travers un circuit électrique pour récupérer ces électrons.
On donne dans le tableau qui suit un schéma du dispositif expérimental qui permet ce transfert indirect d’électrons à travers un ampèremètre et un conducteur ohmique.
a. La réaction chimique globale qui a lieu lorsque la pile fonctionne est celle étudiée dans la question 1.
Ecrire dans le tableau la demi-équation concernant chaque côté de la pile. Préciser s’il s’agit de l’oxydation ou de la réduction.
b. Préciser de quel côté de la pile des électrons sont « produits » et fournis au circuit extérieur (ampèremètre et conducteur ohmique) ; de quel côté de la pile les électrons sont consommés et apportés par le circuit extérieur.
En déduire le sens de circulation des électrons à travers le conducteur ohmique et l’indiquer sur le schéma par une flèche bleue.
c. Déduire de la question précédente le sens conventionnel du courant à travers le conducteur ohmique et l’indiquer par une flèche rouge.
d. On rappelle que le sens conventionnel du courant est orienté du pôle + vers le pôle – à l’extérieur du générateur.
Quelle électrode constitue le pôle + de la pile ; on appelle ce pôle la « cathode ».
Quelle électrode constitue le pôle – de la pile ; on appelle ce pôle l’ « anode ».
Indiquer par un + et un – la polarité de la pile.
e. Le pont salin permet d’assurer la neutralité électrique des solutions contenues dans le bécher.
Indiquer le sens de circulation des ions K+ et Cl- sur le schéma au niveau du pont salin.
Remarque : sans ce pont salin qui permet de fermer le circuit électrique, aucun transfert d’électrons ne s’établirait.
Réponse question a.
et b.
Réponse question d.
3. Schématisation de la pile :
La pile réalisée précédemment peut être schématisée de la façon suivante : A R
Pile
(générateur) Electrode constituée d’une lame de métal zinc (Zn)
Electrode constituée d’une lame de métal cuivre (Cu)
Solution contenant des ions zinc Zn2+
Solution contenant des ions cuivre Cu2+
Pont salin contenant des ions K+ et Cl-
TP : Etude de quelques piles
Document : Principe de mesure de la tension aux bornes de la pile : Définition de la tension électrique : UAB = VA – VB
où VA et VB sont les potentiels des électrodes A et B Si UAB > 0, alors VA > VB
- A est alors le pôle + (cathode) - B est le pôle – (anode)
Si UAB < 0, alors VA < VB
- A est le pôle – (anode) - B est le pôle + (cathode)
Représentation de la tension UAB :
La tension UAB est représentée par une flèche qui pointe vers A.
Branchement du voltmètre pour la mesure de UAB :
- A est relié à la borne V du voltmètre (« V » de la flèche représentant la tension) - B est relié à la borne COM du voltmètre
Travail à réaliser : étude de quelques piles Réaliser les demi-piles suivantes :
- Demi pile au cuivre: Lame de cuivre dans solution de sulfate de cuivre
- Demi-pile au zinc: Lame de zinc dans solution de sulfate de zinc
- Demi-pile au fer: Lame de fer dans solution de sulfate de fer
- Demi-pile à l’argent : Fil d’argent plongeant dans une solution de nitrate d’argent
Précautions: chaque bécher doit contenir le même niveau de solution pour éviter le phénomène de siphon
Manipulation et Mesures:
▪ Réaliser les piles figurant dans le tableau suivant en associant les demi-piles appropriées Utiliser une bande de papier filtre imbibé de chlorure de potassium pour les pont salin
▪ Indiquer les bornes COM et V du voltmètre permettant de mesurer la tension indiquée sur le schéma.
Réaliser la mesure.
▪ En déduire quelle électrode est la cathode (pôle +) et quelle électrode est l’anode (pôle -) (à indiquer sur chaque schéma)
▪ En déduire les demi équations qui ont lieu à chaque électrode en précisant s’il s’agit d’une oxydation ou d’une réduction (dans le tableau)
V
UAB B A
Cuivre – Zinc
Mesure de UCu/Zn :
Demi-équation à la cathode : Demi-équation à l’anode : Cuivre – Fer
Mesure de UCu/Fe =
Demi-équation à la cathode : Demi-équation à l’anode : Fer – Zinc
Mesure de UZn/Fe =
Demi-équation à la cathode : Demi-équation à l’anode : Cu – Argent
Mesure de UCu/Ag =
Demi-équation à la cathode : Demi-équation à l’anode : Argent – zinc
Mesure de UAg/Zn =
Demi-équation à la cathode : Demi-équation à l’anode : V
UCu/Zn
Cu Zn
V UCu/Fe
Cu Fe
V UZn/Fe
Fe Zn
V UCu/Ag
Ag Cu
V UAg/Zn
Zn Ag
