Chapitre 5 : La pile électrochimique
Quel point commun ont ces appareils ? ……….
1/ Quel(s) type(s) d’énergie une pile fournit-elle ?
………
2/ D’après toi, d’où vient l’énergie fournie par une pile ?
………
………
3/ Pourquoi une pile s’use-t-elle ?
………
1/ Qu’est-ce qu’un pile ?
A/ Un peu d’histoire…
2 acteurs principaux : Luigi Galvani, anatomiste biologiste italien et Alessandro Volta, physicien italien.
1/ Dans quelle famille met-on le cuivre, le zinc, le fer ?
………
EXPERIENCES DE GALVANI (1791)
Luigi Galvani réalisait des expériences d’anatomie sur des grenouilles.
Un jour, il avait suspendu, avec un fil de cuivre, un cadavre de grenouille sur son balcon. Au moment où le vent se fit sentir, le corps de la grenouille toucha la barre de fer du balcon et se mit à tressaillir comme s’il était soumis à un choc électrique. Galvani en conclut l’existence d’une
« électricité animale » provenant des grenouilles.
INTERPRETATION DE VOLTA (1800)
Alessandro Volta pensait autrement.
Pour lui, la grenouille de Galvani se mettait à sursauter à cause d’une électricité extérieure.
Après plusieurs expériences, il s’aperçut qu’en plaçant deux métaux différents (cuivre et zinc par exemple) au contact d’une solution telle que l’eau salée, il se produisait de l’électricité.
B/ Activité documentaire : « C’est pas sorcier : les piles »
1. En France, on consomme plus de 870 milliers / millions de tonnes de pile par an (càd. ≈ 5 / 15 piles par français).
2. La toute première pile a été inventée en 1800 / 1900 par l’ingénieur Alessandro Volta / André-Marie Ampère.
3. Il s’agissait d’un empilement de disques de zinc / fer et de cuivre / plomb séparés par des cartons imbibés d’eau sucrée / salée.
4. En 1860 / 1960 apparaît le premier accumulateur au plomb / lithium.
5. Parmi toutes les piles recyclées, 5 à 10 % / 10 à 15 % sont encore neuves.
6. Les 2 pièces d’une pile qui ont tendance à attirer ou donner des électrons s’appelle les arthropodes / électrodes.
7. La borne « - » d’une pile, appelée cathode / anode , à tendance à donner / attirer les électrons.
8. La borne « + » d’une pile, appelée cathode / anode , à tendance à donner / attirer les électrons.
9. L’ectophyte / électrolyte est un bain qui contient des ions / électrons positifs et négatifs.
10. La pile s’arrête de fonctionner lorsque la cathode / l’anode est totalement désagrégée.
11. La différence entre pile saline et alcaline est le type de cathode / anode / solution utilisée.
12. Il existe aussi les piles au mercure / lithium, plus performante mais aussi plus chères.
13. Plus une pile est grosse plus elle est puissante / peut fournir de l’électricité longtemps.
14. Une pile peut-être conservé en moyenne 2 à 3 / 5 à 7 / 10 à 15 ans.
15. Plus une pile est déchargée, plus sa tension est faible / élevée.
16. Plusieurs piles reliées entre elles / accumulateurs reliés entre eux forment une batterie.
17. Malheureusement aujourd’hui, seulement 10 / 30 / 50 % des piles sont recyclées.
18. Aujourd’hui en France, les piles au mercure / plomb / cadmium sont interdites (sauf pour les piles
« boutons »).
BILAN : Une pile est donc composée de :
……….
……….
……….
2/ Fabrication de piles
A/ Expérience n°1 : La pile au citron
Electrolyte : ………..
Electrode n°1 : ………..
Electrode n°2 : ……….
Pour mesurer la tension :
Borne + : ………
Borne - : ……….
Tension : ………..
Electrolyte : ………..
Si on inverse les bornes de la pile, l’affichage du 2/ Galvani et Volta étaient-ils d’accord sur l’origine de
l’électricité qui secoue la grenouille ? Justifier
………
………
………
………
3/ Représenter schématiquement quelques éléments de la pile de volta ?
………
………
4/ D’après toi, d’où vient le terme pile ?
………
……….
B/ Expérience 2 : Pile « cuivre/ zinc/ sulfate de cuivre »
C/ Expérience 3 : Couplage de 2 piles
Associe-toi avec un autre groupe, de façon à avoir deux « piles ». Associe ces 2 piles en série.
1/ Qu’observes-tu ? ………
2/ D’après toi, quel est l’intérêt de relier deux « éléments » ? ………
………..
Electrolyte : ………..
Electrode n°1 : ………
Electrode n°2 : ………
Pour mesurer la tension : ………..
Borne + : ……….………….
Borne - : ………..………….
Tension : ……….………….
Electrolyte : ……….
………..………….
C/ D’autres piles
Type Pole
+ Pole - Electrolyte Durée
de vie Tension utilisation Avantage Prix
(lot de 10)
Saline MnO2
/ C Zinc Chlorure
d’ammonium 22 h 1,5 V
Appareils peu gourmands (réveils,
jouets, télécommande…
Pas chère 1€
Alcaline MnO2
/ C Zinc Hydroxyde de
potassium 55 h 1,5 V
Appareils gourmands (appareil photo, lecteur
MP3, voiture télécommandée…)
Durée de vie + alimentation
d’appareils exigeants
2,5 €
Lithium MnO2 Lithium Sels de lithium 1000 h 3 V
Appareils peu gourmands (pace
maker, montres,
Longue durée de vie à petits courants- bon 5€
1/ Quels sont les 3 types de piles couramment rencontrées dans le commerce ?
………..
2/ Quelles différences existent entre une pile saline et une pile alcaline ?
……….
………...
3/ Pourquoi les piles salines sont-elles encore souvent utilisées ?
………..
4/ D’après toi, pourquoi les électrolytes sont-ils sous forme de gel ?
………..
5/ Il existe des piles salines carrées de 4,5 V. D’après toi, comment sont-elles faites ?
………..
6/ Complète le tableau ci-dessous pour comparer toutes les piles vues jusqu’à maintenant :
3/ D’où provient l’énergie d’une pile ?
A/ Observations sur la pile de laboratoire.
Indications :
Les ions sulfate SO42- sont incolores.
Les ions Zn2+ sont incolores.
Les ions Cu2+ sont bleus.
Le métal cuivre Cu est de couleur orangée.
Electrode n°1 (pôle -) Electrode n°2 (pôle +) Electrolyte La grenouille de Galvani
La pile de Volta La pile au citron
Pile alcaline Pile saline Pile au lithium
C’est donc une ………. qui permet la production d’électricité :
L’équation chimique de la transformation s’écrit :
Réactif 1 + Réactif 2 = Produit 1 + Produit 2
………. + ……. = ……… + ……..
Lame de Zinc Zn
Observation :
………...
Explication :
………
………
………
………
………
……….
Lame de cuivre Cu
Observation :
………
………
………
………
………
………
………
………
………
Solution de Sulfate de cuivre
Observation :
………
………
………
Explication :
………
………
………
………
………
Réactifs Produits
C/ Les vraies piles
Le problème de la pile précédente est qu’elle s’use même s’il n’y a pas d’appareils.
On fabrique donc des compartiments : chaque compartiment est relié par des ponts salins et des fils électriques afin de former un circuit fermé.
La pile ne s’usera que si on ferme le circuit électrique.
La pile Daniell (1836) est l’amélioration apportée à la pile Zinc/Cuivre/Sulfate de cuivre
Au niveau du pont salin :
Il permet de fermer le circuit électrique.
Il est constitué d’un électrolyte conducteur qui ne réagit pas.
Vu que des ions positifs Cu2+ disparaissent dans le compartiment « cuivre », des ions négatifs (ici Cl-, mais cela peut être aussi NO3- ) viennent dans la solution pour assurer l’électro neutralité.
Vu que des ions positifs Zn2+ apparaissent dans le compartiment « zinc », des ions positifs (ici K+) viennent dans la solution pour assurer l’électro neutralité.
