Thierry CHAUVET Terminale S - Page 1/4 Sciences Physiques au Lycée
Classe: TS Nom-Prénom:
TP CH IM IE - C0 8
Les piles
Transformations spontanées
La verrerie utilisée sera rincée à l'eau distillée avant chaque manipulation.
On devra détailler et justifier tous les calculs.
1- Objectifs
Les objectifs de ce travail sont de:
- Connaître les éléments constituant une pile.
- Déterminer expérimentalement la polarité et la force électromotrice (f.e.m.) E d’une pile.
- Déterminer la caractéristique Intensité-Tension d’une pile historique (la pile Daniell).
2- Construction d’une pile étonnante
Sur la paillasse professeur, on dispose d’un demi-citron dans lequel sont plantés une lame de cuivre et une lame de zinc reliées entre elles par un voltmètre.
Le jus de citron est-il une solution acide, neutre ou basique?
Quel est l’ion majoritaire qu’il contient?
De quel couple oxydant/réducteur fait partie cet ion?
Ecrire la demi-équation associée.
Que se passe-t-il si on inverse le branchement du voltmètre?
Quel est le métal constituant le pôle négatif de ce générateur de tension?
Indiquer le couple oxydant/réducteur auquel appartient ce métal et écrire la demi équation associée.
Ecrire l’équation de la réaction qui a lieu au pôle négatif quand la pile débite.
Quel est le métal constituant le pôle positif de ce générateur de tension?
Quel est le rôle de la lame de cuivre?
Ecrire l’équation de la réaction qui a lieu au pôle positif quand la pile débite.
Quelle est l’équation globale de la réaction quand les deux lames sont reliées par un circuit extérieur conducteur?
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3- Transfert d’électrons entre deux couples ion métallique/métal
Les métaux sont des éléments chimiques qui existent à l’état naturel sous forme monoatomique (le cuivre Cu, l’or Au, .. ) ou sous forme d’oxydes que l’on peut transformer grâce à différents procédés métallurgiques pour obtenir le métal fer Fe(s), le métal plomb Pb(s), le métal aluminium Al(s), etc..
Quelles sont les propriétés physiques et chimiques caractéristiques des métaux?
Dans un bécher contenant une solution de sulfate de cuivre, introduire une lame de zinc. Dans un second bécher contenant une solution de sulfate de zinc, introduire une lame de cuivre.
Que constate t-on au bout de quelques minutes?
A partir des demi-équations, indiquer comment s’est effectué le transfert d’électrons.
En déduire la réaction d’oxydoréduction spontanée qui a eu lieu.
4- Etude de quelques piles d’oxydoréduction
On dispose de quatre plaques de métal Cu, Fe, Pb et Zn et de quatre solutions contenant les ions Cu2+, Fe2+, Pb2+ et Zn2+de concentrations molaires identiques, 0,10mol.L-1.
Réaliser les quatre demi-piles suivantes:
Cu2+/Cu ; Fe2+/Fe ; Pb2+/Pb et Zn2+/Zn
Associer ces demi-piles deux à deux pour constituer une pile en effectuant toutes les combinaisons possibles.
Bien décaper les lames avant de les utiliser comme électrodes et ne pas oublier de rincer le pont ionique avec l’eau distillée au dessus de l’évier à chaque changement de solution.
Pour chaque pile formée, mesurer la tension entre les lames métalliques, en précisant la polarité des bornes.
Zn2+/ Zn Pb2+/Pb Fe2+/ Fe Cu2+/ Cu
Cu2+/ Cu - + E= - + E= - + E=
Fe2+/ Fe - + E= - + E=
Pb2+/Pb - + E=
Zn2+/ Zn
Ecrire le schéma conventionnel des piles étudiées.
Pile 1 - / // / + Pile 4 - / // / +
Pile 2 - / // / + Pile 5 - / // / +
Pile 3 - / // / + Pile 6 - / // / +
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Thierry CHAUVET Terminale S - Page 3/4 Sciences Physiques au Lycée Ecrire les demi-équations électroniques puis l’équation de fonctionnement de chacune des piles.
Pile Demi équation - Anode Demi équation - Cathode Equation de fonctionnement Pile 1
Pile 2 Pile 3 Pile 4 Pile 5 Pile 6
Quel type de réaction a toujours lieu à la borne positive de la pile?
Quel type de réaction a toujours lieu à la borne négative?
5- Etude de la pile Daniell
La pile Daniell est constituée d’un vase poreux contenant une solution de sulfate de cuivre II plongé dans un récipient en verre contenant une solution de sulfate de zinc de même concentration.
Dans chaque récipient est plongée une lame du métal correspondant (lame de Cu et lame de Zn).
Bien décaper les lames avant de les utiliser comme électrodes.
Réaliser le montage correspondant au schéma ci-contre.
La tension sera mesurée avec le multimètre (calibre 2V continu).
L'intensité sera mesurée avec le multimètre (calibre 20mA ou 200mA continu).
En utilisant le voltmètre, trouver les bornes + et - de la pile.
Mesurer la force électromotrice de la pile (c'est la tension à vide lorsque la pile ne débite pas: I=0).
Placer l’index de la décade sur 10 (100Ω), choisir le calibre adapté puis mesurer l’intensité du courant dans le circuit et la tension aux bornes de la pile. Porter les résultats de ces mesures dans la deuxième colonne du tableau ci-dessous.
I (en mA) 0
U (en V)
Faire ensuite varier la résistance du dipôle ohmique réglable par pas de 10, noter l'intensité du courant et la tension correspondante aux bornes de la pile, puis porter les résultats des mesures dans le tableau. Répéter ceci pour obtenir 10 couples (I;U).
Pile Daniell
V
A
U R
Thierry CHAUVET Terminale S - Page 4/4 Sciences Physiques au Lycée Placer les couples (I;U) dans un repère cartésien en indiquant les échelles utilisées.
Quelle est l’allure de la courbe représentant l'évolution de U en fonction de I?
Déterminer l'équation de cette courbe.
Que représente le coefficient directeur de cette courbe?
Que représente la valeur de la tension U pour I=0?
Ne pas oublier de nettoyer le matériel et de ranger la paillasse.
I (mA) U (V
