TP Piles

NOM : Terminale
TP Piles
Documents
Document 1
Une pile est un disposif qui convert l'énergie chimique en énergie électrique.
Elle est composée de deux électrodes, une anode (pôle négaf) et une cathode
(pôle posif), immergées dans une soluon électrolyque. Elles fonconnent
grâce à un couple oxydant-réducteur qui permet la circulaon des électrons
entre les électrodes.
Document 2
Une oxydaon est une réacon chimique au cours de laquelle une espèce chimique perd des électrons (e-).
Une réducon est une réacon chimique au cours de laquelle une espèce chimique gagne des électrons (e-).
Une réacon d’oxydoréducon est un transfert d’électrons entre deux espèces chimiques. Une espèce, appelée
« l’oxydant », prend des électrons à une autre, appelée « le réducteur ». Au cours de la réacon d’oxydoréducon,
l’oxydant est réduit (il gagne des électrons) ; le réducteur est oxydé (il perd des électrons).
Un couple oxydant/réducteur est constué d'un oxydant et d'un réducteur conjugués, qui se transforment l'un en
l'autre par gain ou perte d'électrons.
Entre deux couples oxydant/réducteur, une réaction se produit spontanément entre l’oxydant le plus fort et le
réducteur le plus fort.
Document 3
Sens convenonnel du courant électrique
Au début de l'étude de la conducon de l'électricité, les scienques ont pensé
que les parcules qui se déplaçaient dans les métaux étaient chargées
posivement et ont déni en conséquence un sens convenonnel du
courant comme étant le sens de déplacement de charges posives. Plus tard,
on a mis en évidence que ce sont les électrons, parcules chargées
négavement, qui se déplacent dans les métaux et qui permeent la
circulaon des courants électriques.
Document 4
La pile de Volta fut la première pile électrique. Elle a été inventée
par Alessandro Volta, qui publie un arcle à ce sujet en 1800.
La pile est faite d'un empilement de disques de zinc (pôle négaf) et
de cuivre (pôle posif) séparés par une couche de ssu imprégné d'eau salée
que l'on nomme l'électrolyte. Le nombre de répéons de ces éléments
zinc/électrolyte/cuivre est proporonnel à la tension aux bornes de la pile.
Il se produit au niveau de chaque couche une réacon d'oxydo-réducon : le
zinc s'oxyde et l'eau est réduite en dihydrogène à la surface du cuivre
(le couple Cu2+/Cu n'est pas impliqué).
Document 5
La pile Daniell a été démontrée par Edmond Becquerel et perfeconnée par
le chimiste britannique John Daniell en 1836, au moment où le développement
du télégraphe faisait apparaître un besoin urgent de sources de courant sûres
et constantes.
La pile électrique Daniell est constuée de zinc plongeant dans une soluon
aqueuse de sulfate de zinc et de cuivre plongeant dans une soluon de sulfate
de cuivre. Les deux soluons sont reliées par un pont salin (soluon
de chlorure de potassium ou de nitrate de potassium ) qui sert à équilibrer les
charges. La pile Daniell vient corriger certains défauts de la pile Volta : elle est
simple à construire, praque à uliser et sa tension est constante, si bien
qu'elle servit pendant longtemps de pile de référence en laboratoires.
Piles Daniell (1836) : le zinc est ici
au centre de la pile et le cuivre à
l'extérieur. Les deux sont séparés
par une membrane poreuse.

NOM : Terminale
Réaliser une pile zinc/cuivre : la pile Daniell
Disposif
Préparer deux béchers de 100 mL remplis à moié respecvement par une soluon de sulfate de cuivre et
de sulfate de zinc, à 0,1 mol/L.
Introduire dans chaque bécher la lame métallique correspondant à l’ion métallique présent dans la
soluon.
Relier les deux béchers par un pont salin : 1 bande de papier ltre imbibé d’une soluon de chlorure de
potassium ( K+ ; Cl- ).
Brancher un voltmètre entre les deux lames métalliques : la borne V du voltmètre sur la lame de cuivre, la
borne COM sur la lame de zinc (calibre 2 V ).
Observaons et mesures
1) Relever la tension électrique U entre les deux lames.
2) Observer ce qu’il se passe si on sort une extrémité du pont salin de la soluon.
Interprétaon
3) Juser que le disposif constue une pile.
4) Indiquer sur le schéma de la pile :
- la borne + (cathode) et la borne – (anode) de la pile
- le sens du courant électrique i dans le circuit,
- le sens de déplacement des électrons e - dans le circuit.
5) Compléter les équaons des réacons chimiques qui se produisent :
- au niveau de l’anode :
Zn ⎯⎯→ Zn2+ + …….e-
De quel type de réacon s’agit-il ? Juser.
- au niveau de la cathode :
Cu2+ + …….e- ⎯⎯→
De quel type de réacon s’agit-il ? Juser.
( K+ ; Cl - )

NOM : Terminale
6) Ecrire l’équaon bilan de la réacon chimique de la pile Daniell :
7) Les couples oxydant / réducteur sont classés suivant leur
potenel standard d'oxydoréducon E°.
Plus le potenel E° est élevé, plus le pouvoir de l'oxydant est
fort et celui du réducteur faible.
Cee même échelle est ulisée pour prédire la possibilité et
le sens des réacons d'oxydo-réducon.
a) Entourer les ions cuivriques (Cu2+) et les atomes de zinc
(Zn) dans le classement des couples oxydant/réducteur ci-
contre.
b) Juser qu’une réacon d’oxydoréducon se produise
spontanément entre ces deux espèces.
c) Calculer E°Cu2+/Cu − E°Zn2+/Zn. Que retrouve-t-on ?
8) Le rôle du pont salin est de maintenir l’électroneutralité (neutralité électrique) des soluons : les ions
K+ et Cl- se déplacent pour compenser l’augmentaon ou la diminuon des quantés d’ions Cu2+ et Zn2+
dans les soluons.
D’après l’équaon bilan de la réacon chimique de la pile Daniell :
a) Comment évolue la concentraon des ions Cu2+ dans la soluon de sulfate de cuivre ? Juser.
b) Comment évolue la concentraon des ions Zn2+ dans la soluon de sulfate de zinc ? Juser.
c) En déduire le sens de déplacement des ions K+ et celui des ions Cl- dans le pont salin, et les indiquer
par des èches sur le schéma de la pile.
9) Expliquer pourquoi la durée de vie d’une pile est limitée.
Couple
oxydant/réducteur
Potentiel
standard
E° en V
Au+/Au
1,69
PbO2/Pb2+
1,46
Ag+/Ag
0,80
Fe3+/Fe2+
0,77
Cu2+/Cu
0,34
H+/H2
0,00
Fe3+/Fe
-0,04
Pb2+/Pb
-0,13
Sn2+/Sn
-0,14
Ni2+/Ni
-0,26
Fe2+/Fe
-0,45
Zn2+/Zn
-0,76
Al3+/Al
-1,66
Mg2+/Mg
-2,37
Na+/Na
-2,71
Pouvoir
oxydant
croissant
Pouvoir
réducteur
croissant

NOM : Terminale
10) Applicaon : On réalise la pile représentée sur le schéma suivant :
Déterminer les diérents éléments de cee pile :
a) Les 2 couples oxydant /réducteur mis en jeu,
b) La réacon d’oxydoréducon spontanée entre ces 2 couples,
c) L’équaon de la réacon dans chaque demi-pile,
d) Le sens de déplacement des électrons,
e) Le sens du courant,
f) Les bornes de la pile,
g) L’anode et la cathode,
h) L’équaon de la réacon de la pile,
i) Le sens de déplacement des ions dans le pont salin,
j) La tension aux bornes de la pile.
Ag
Fe
Ag+ + Cl-
Fe2+ + 2 Cl-
K+ + NO3-