T4 1 BAC PROFESSIONNELLE POURQUOI ETEINDRE SES PHARES QUAND LE MOTEUR EST ARRETE ? QUELLE EST LA DIFFERENCE ENTRE UNE PILE ET UN ACCUMULATEUR ? I LA PILE DANIELL 1° Expérience Réalisez le montage de la pile Daniell. Les deux solutions sont mises en contact par l'intermédiaire d'un vase poreux, sans que les solutions se mélangent. Reliez les deux électrodes à un voltmètre à zéro central. Observez, interprétez puis notez sur le croquis le pole positif et le pole négatif, le sens de déplacement du courant et des électrons. 2° Conclusion V Pôle - : électrode en ............. Pôle + : électrode en ............. Equation de la réaction : .......................... fem de la pile : ........ II AUTRES PILES Dans les piles suivantes, l'échange se fait par un pont salin et la concentration est 1 mol/l. Montage 1 2 3 Couples Pole + Pole fem (V) Réaction au + Réaction au Equation bilan P CORMERAIS Les piles Page 1 sur 6 LP ROMPSAY LA ROCHELLE Conclusion Une pile est constituée par 2 ........... ............. reliées par un .............. salin conducteur. Une demi pile métallique est constituée par une ....................... en métal M plongeant dans une solution contenant son .................... Mn+. Le pole positif est constitué par le métal le moins ........................... Le pole négatif est constitué par le métal le plus réducteur La force électromotrice de la pile ( fem) est d’autant plus grande que les pouvoirs réducteurs des métaux sont plus ................................ dans la classification électrochimique Ce sera un moyen de classer les couples Mn+/M par rapport à un couple de référence, ici le couple Cu 2+/Cu. III POTENTIEL D'OXYDOREDUCTION D’UN COUPLE Mn+/M Dans la pratique, c'est le couple H3O+/H2 qui a été choisi comme référence pour la mesure des pouvoirs réducteurs. Le potentiel normal d'un couple sera positif si le métal est moins réducteur que le dihydrogéne et négatif dans le cas contraire. A partir du tableau, retrouvez toutes les fem trouvées précédemment. IV PILES SECHES 1° Pile Leclanché P CORMERAIS Les piles Page 2 sur 6 Couples Ox/Red Au 3+ /Au Pt 2+ /Pt Hg 2+ /Hg Pd 2+ /Pd Ag + /Ag Cu 2+ /Cu H3O+ /H2 Pb 2+ /Pb Sn 2+ /Sn Ni 2+ /Ni Fe 2+ /Fe Cr 3+ /Cr Zn 2+ /Zn Al 3+ /Al Mg 2+ /Mg Na + /Na Ca 2+ /Ca K + /K Li+ /Li E(V) 1,51 1,00 0,85 0,83 0,80 0,34 0 -0,13 -0,14 -0,23 -0,44 -0,74 -0,76 -1,66 -2,37 -2,71 -2,87 -2,92 -3,04 LP ROMPSAY LA ROCHELLE 2° Pile alcaline Les procédés technologiques sont différents, mais le fonctionnement des piles alcalines et Leclanché repose sur l'oxydoréduction des couples Zn2+/Zn et MnO2/Mn2O3. Ecrivez les demi équations. Zn ........... + 2e- 2 MnO2 + 2e- + 2H3O+ Mn2O3 + 3 H2O La réaction se fait en milieu acide pour la pile Leclanché, et en milieu basique pour la pile alcaline. Quelle est celle qui, pour un même encombrement, dure cinq fois plus longtemps 3° Pile bouton V ACCUMULATEUR Les accumulateurs sont des convertisseurs d’énergie, mais contrairement aux piles qui se détruisent de manière irréversible en fonctionnant, les réactifs des accumulateurs peuvent être régénérés par le passage d’un courant électrique. décharge Énergie chimique Énergie électrique charge P CORMERAIS Les piles Page 3 sur 6 LP ROMPSAY LA ROCHELLE La chaîne conductrice est constituée par : * des plaques recouvertes d'oxyde de plomb PbO2 (pole +) * de l'acide sulfurique dilué avec de l'eau pure (électrolyte) * des plaques de plomb pur spongieux (pole -) la demi équation d'oxydation à l'anode est : PbO2 + 4 H+ + 2 e– Pb2+ + 2 H2O la demi équation de réduction à la cathode est : Pb2+ + 2e- Pb Les batteries automobiles sont constituées d’accumulateurs au ................. La tension mesurée aux bornes d’un accumulateur est d’environ 2 V. Pour obtenir la tension recherchée (6 V, 12 V, 24 V), les accumulateurs sont montés en ...................... et constituent une batterie d’accumulateurs. • Chaque accumulateur comprend deux électrodes en plomb (Pb) dont l’une est recouverte de dioxyde de plomb (PbO2) baignant dans une solution aqueuse d’.................. .......................... • Au cours de la décharge, l’accumulateur est un générateur de courant ..................... Il se comporte comme une pile. Les réactions sont spontanées : la borne négative est le siège d’une oxydation (Pb Pb2+ + 2 e–) tandis qu’une réduction (PbO2 + 4 H+ + 2 e– Pb2+ + 2 H2O) se déroule à la borne positive. • Au cours de la charge, l’accumulateur fonctionne en ........................ : sa borne négative est reliée à la borne négative d’un générateur et sa borne positive est reliée à la borne positive de ce générateur. Le générateur délivre une tension continue ....................... à celle de l’accumulateur et impose le sens du courant. Les réactions chimiques sont des réactions forcées, en sens inverse de celles observées au cours de la décharge ( Pb2+ + 2 e- Pb et Pb2+ + 2 H2O PbO2 + 4 H+ + 2 e-). Les réactifs sont régénérés. À la fin de la charge, l’accumulateur peut être à nouveau utilisé en générateur de courant continu. P CORMERAIS Les piles Page 4 sur 6 LP ROMPSAY LA ROCHELLE Exercice 1 Le fer peut être chimiquement attaqué lorsqu'il est en présence d'ions métalliques. 1. Compléter le tableau suivant en utilisant certains des termes ci-dessous atome - ion - mole - fer – argent Espèce chimique Symbole Nature (atome, ion, molécule) Fe Zn 2+ Ag + Nom de l’élément Zinc 2. On veut réaliser une pile constituée des couples Fe2+/Fe et Ag+/Ag. a. En vous aidant d'un extrait de la classification électrochimique ci-après, indiquer, parmi les schémas proposés cidessous, celui qui est correct. b. Indiquer dans le tableau n°1 pourquoi trois schémas des piles électrochimiques sont incorrects. (S'aider de la liste d'affirmations du tableau n°2) Tableau n° 1 Numéro du schéma incorrect de la pile La raison du schéma incorrect Le schéma ………………… Affirmation …………………. Le schéma ………………… Affirmation …………………. Le schéma ………………… Affirmation …………………. Affirmation 1 Affirmation 2 Affirmation 3 Affirmation 4 Affirmation 5 Affirmation 6 Tableau n°2 : une liste d'affirmations Le pôle négatif correspond à l'argent. Le pôle négatif correspond au fer. Il faut un pont salin dans une pile électrochimique. Il ne faut pas nécessairement de pont salin dans une pile électrochimique. Le fer peut plonger dans une solution contenant des ions argent Ag+ et l'argent peut plonger dans une solution contenant des ions fer Fe 2+. Le fer doit plonger dans une solution contenant des ions fer Fe 2+ et l'argent doit plonger dans une solution contenant des ions argent Ag+. 3. Compléter les phrases suivantes en choisissant parmi les termes suivants : fer ; argent. Le (ou L’) ………………. est oxydé. Le (ou L’) ………………. est plus réducteur que le (ou l') ………………. 4. Expliquer pourquoi le zinc peut protéger le fer contre la corrosion en étant à son contact. (S'aider de l'extrait de la classification électrochimique) P CORMERAIS Les piles Page 5 sur 6 LP ROMPSAY LA ROCHELLE Exercice 2 Quatre solutions différentes sont réparties dans quatre tubes à essais nommés A, B, C et D. L’objectif de l’exercice est, à partir de faits expérimentaux, de retrouver le cation métallique présent dans chaque tube On donne le tableau suivant : Cation métallique testé Couleur du cation en solution Couleur du précipité obtenu par l’addition de soude Aℓ 3+ Ag+ Fe 2+ Cu 2+ Fe 3+ Mg 2+ incolore incolore verdâtre bleu rouille incolore blanc blanc vert bleu rouille blanc 1. Reconnaissance du cation du tube A : La solution contenue dans le tube A est de couleur bleue. Identifier le cation métallique présent dans ce tube. 2. Reconnaissance du cation du tube B : Dans les trois tubes restants, on introduit une solution de soude : Observations : - Tube B : précipité vert - Tube C : précipité blanc - Tube D : précipité blanc À l’aide des observations et du tableau précédent, identifier le cation présent dans le tube B. 3. Reconnaissance des cations présents dans les solutions des tubes C et D : Après la réaction précédente, on vide les tubes C et D et on y remet les solutions initiales respectives. Afin d’identifier les cations présents dans les solutions des 2 derniers tubes, on réalise l’expérience d’oxydoréduction suivante : Observations : - Tube C : Pas de réaction - Tube D : Dépôt noirâtre sur la lame À l’aide de ces observations et de l’extrait de classification électrochimique donné ci-dessus, identifier le cation présent dans chacun de ces tubes. 4. La réaction décrite dans la question 3 est à la base du fonctionnement d’une pile à l’oxyde d’argent. Une telle pile est constituée des deux couples suivants : - Au pôle – de la pile : Zn 2+/Zn - Au pôle + : Ag+/Ag a. Recopier et compléter les demi équations électroniques : Au pôle – : Zn →………… + ……… Au pôle + : Ag+ + ……… →………… b. Écrire la réaction globale d’oxydo-réduction. c. La force électromotrice d’une pile est égale à la différence entre le potentiel de la borne + et celui de la borne – . Calculer la force électromotrice, notée E, de la pile à l’oxyde d’argent. Données : P CORMERAIS - Valeur du potentiel du couple Ag+/Ag : 0,8 V - Valeur du potentiel du couple Zn2+/Zn : - 0,76 V Les piles Page 6 sur 6 LP ROMPSAY LA ROCHELLE