Principe de fonctionnement d’une pile et caractéristique Tension-courant 2

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ENJEUX ENERGETIQUES 3 – Principe de fonctionnement d’une pile et caractéristique Tension-courant 2^nde SL

Document - Oxydants et anti-oxydants au quotidien: [App]

L'eau de Javel, solution aqueuse d'ions hypochlorite ClO^-(aq), est un puissant agent de blanchiment utilisé dans l'industrie textile. Les propriétés oxydantes de l'ion hypochlorite en font d'autre part un excellent désinfectant et bactéricide, ce qui justifie sa présence dans de nombreux produits ménagers.

L'eau oxygénée, solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène H2O2(aq) est principalement utilisée pour ses

propriétés de blanchiment, notamment dans l'industrie de la pâte à papier, les produits capillaires et les produits de blanchiment dentaires. Présentant également des propriétés antiseptiques, elle est utilisée pour le nettoyage des plaies et en dermatologie.

Présents dans l'air, dans l'eau ou la nourriture, les radicaux libres, comme tous les oxydants, sont en quête d'électrons. Ils sont extrêmement réactifs et se stabilisent en oxydant certaines des molécules qui constituent notre organisme, dont ils provoquent la destruction ou la mutation.

C'est dans l'alimentation que l'on trouvera les anti-oxydants, ou anti-radicaux libres, nécessaires pour stopper ces réactions: ces espèces chimiques, par exemple les vitamines C et E et les caroténoïdes, réagissent avec les radicaux libres en les transformant en molécules ou en ions stables.

• Q1-Quelles sont les espèces chimiques oxydantes citées ? Quelles sont leurs propriétés respectives?

• Q2-D'après le texte, comment définir un oxydant? En déduire la définition d'un réducteur qui est le contraire.

Oxydant:

Réducteur:

On considère la réaction: 2 C6H8O6(aq) + O2(g) 2 C6H6O6(aq) + 2 H2O(l).

• Q3-Pourquoi peut-on dire que la vitamine C, de formule C6H8O6, est un anti-oxydant?

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I- Réaction d’oxydoréduction entre un ion métallique et un métal 1- Réaction entre le métal cuivre et les ions argent – Oxydant et réducteur

• Verser un peu de solution de nitrate d'argent (Ag⁺(aq) + NO3-

(aq)) dans un becher. Plonger de la tournure de cuivre (Cu(s)) dans cette solution et attendre quelques instants sans agiter. [Réa]

• Q4- Indiquer vos observations: [App]

Interprétation: [Val]

• Q6- Donner l'équation de la réaction (sans oublier de l'équilibrer) entre le métal cuivre et les ions argent.

Lors de cette réaction, un atome de ... perd ... ... pour se transformer en ion ...

C'est une oxydation / réduction qui se traduit par une demi-équation électronique:

... = ... + ... e

^-

Simultanément lors de cette réaction, deux ions ... gagnent chacuns un ... pour se transformer en atomes ...

C'est une oxydation / réduction qui se traduit par une demi-équation électronique:

( ... + e

^-

= .... ) x2

(qui a lieu 2x plus que la précédente)

On remarque que les 2 demi-équations se combinent pour retrouver l'équation de la réaction d'oxydoréduction . Une réaction d'oxydoréduction est donc un transfert ...

2- Réaction entre les ions cuivre II et le métal fer – Notion de couple Redox: Oxydant/Réducteur

• Verser un peu de solution de sulfate de cuivre (Cu²⁺(aq) + SO42-

(aq)) dans un bécher. Verser de la poudre de fer (... ) dans cette solution et agiter à l'aide de l'agitateur magnétique.

Après quelques instants, filtrer le mélange. [Réa]

o Q7- Noter vos observations. [App]

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• Test d'identification: verser quelques gouttes de soude dans le filtrat obtenu. [Réa]

• Q8- Indiquer vos observations. [App]

Interprétation: [Val]

• Q9- Indiquer les 2 demi-équations électroniques et en déduire l'équation de la réaction d'oxydoréduction ayant lieu.

Notion de couple Redox: noté Oxydant

/

Réducteur

• Q10- A l'aide des résultats précédant, justifier l'existence du couple Cu²⁺/Cu.

II- Principe de fonctionnement d’une pile

II.1 Mise en évidence de la f.e.m (force électromotrice de la pile) :

La f.e.m est la tension E (exprimée en ……….……) aux bornes de la pile lorsqu’elle ne débite pas de courant.

Schéma de la pile Daniell : Schéma électrique de la pile :

 Compléter les 2 schémas pour réaliser le montage permettant de mesurer la f.e.m de la pile. [Ana-réa]

 Réaliser la pile et mesurer sa f.e.m. [Réa]

 Indiquer quelle plaque correspond au pôle + : [Val]

 Indiquer la valeur de la f.e.m mesurée : E= ….

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II.2 Schéma de principe de fonctionnement de la pile : [Val-Com]

 A l’aide de l’animation

(http://www.spc.ac-aix-marseille.fr/phy_chi/Menu/Activites_pedagogiques/livre_interactif_chimie/32_piles_electrolyses/daniell.swf), réaliser un schéma de principe de fonctionnement de la pile en indiquant le déplacement des porteurs de charge :

 Ecrire la demi-équation se produisant au pôle + :

 Ecrire la demi-équation se produisant au pôle - :

 En déduire l’équation bilan de fonctionnement de la pile :

III- Caractéristique Tension-courant d’une pile plate. [Ana-Réa]

 Proposer une démarche (avec schéma) permettant de tracer la caractéristique U-I de la pile plate afin de déterminer sa f.e.m E et sa résistance interne r.

Attention : On placera en série avec la résistance variable une résistance de protection d’environ 180.

Schéma du montage :

Résultats : E = r =

Comparaison avec la pile réalisée en classe : [Val]