fiche TP_Transformations spontanées : les piles

Lycée Jean XXIII REIMS
Chapitre C8 Terminale S
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TRANSFORMATIONS SPONTANEES : LES PILES
Objectifs
- Montrer qu’une pile est une transformation chimique spontanée entre les espèces chimiques de deux couples
oxydant / réducteur.
- Montrer qu’une pile délivre un courant en circuit fermé.
- Analyser la constitution d’une pile simple (ion métallique/métal) ; étudier son fonctionnement et ses
caractéristiques en circuit ouvert et en circuit fermé.
I. Transformation chimique spontanée par transfert direct d’électrons
Expérience
 Prélever, dans un bécher, 10 mL de solution de sulfate de cuivre II (Cu2+aq + SO42-aq) à 10-1 mol.L-1 et 10 mL
de solution de sulfate de zinc (Zn2+aq + SO42-aq) à 10-1 mol.L-1. Y plonger les lames de cuivre et de zinc,
préalablement décapées.
- Noter les observations.
Questions
- Quels sont les couples redox mis en jeu au cours de cette transformation
Ecrire les demi-équations associées à ces couples
- D’après les observations, écrire l’équation de la réaction associée à la transformation chimique du système.
- La constante d’équilibre K associée à cette réaction est égale à 1037. En appliquant le critère d’évolution ;
montrer que le sens d’évolution prévu est compatible avec les observations.
II. Transformation chimique spontanée par transfert d’électrons « à distance »
1. Etude de la pile en circuit fermé
 Dans un premier bécher, placer environ 10 mL de la solution de sulfate de cuivre II (Cu2+aq + SO42-aq) à 10-1
mol.L-1 et une lame de cuivre.
 Dans un second bécher, placer environ 10 mL de la solution de sulfate de zinc (Zn2+aq + SO42-aq) à 10-1 mol.L-1
et une lame de zinc.
 Relier les deux solutions par un pont salin.
 Relier les deux plaques métalliques par un circuit électrique comportant une résistance de 100  et un
ampèremètre.
- Faire le schéma de la pile.
- Indiquer sur le schéma le sens du courant électrique.
- Montrer que ce sens satisfait le critère d’évolution spontanée.
- Ecrire l’équation des réactions ayant lieu au niveau de chaque électrode.
- En déduire l’équation de la transformation ayant lieu lors du fonctionnement de la pile.
- Préciser le rôle du pont salin.
- Une pile en fonctionnement est-elle un système dans un état d’équilibre ou hors équilibre ?
2. Etude de la pile en circuit ouvert
- Remplacer la résistance et l’ampèremètre par un voltmètre.
- Qu’indique le voltmètre ?
- Indiquer les polarités des électrodes.
- Montrer que la polarité des électrodes était prévisible en utilisant le critère d’évolution.
Schématiser la pile :
(-)
Métal 1
Solution1
Solution 2
Métal 2
(+)

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III. Simulation du comportement électrique d’une pile
1. Présentation
 Réaliser une pile cuivre / argent à partir de solutions de sulfate de cuivre (Cu2+aq + SO42-aq) et de nitrate
d’argent (Ag+aq + NO3-aq) de concentration 10-1 mol.L-1.
 Brancher un voltmètre.
- Indiquer les polarités des électrodes.
- Schématiser la pile.
- Ecrire l’équation de la transformation ayant lieu lors du fonctionnement de la pile.
2. Evolution en fonctionnement *
 Différents montages sont réalisés au bureau :
- Pour un volume V = 10 mL de solution, compléter le tableau ci-dessous :
Pile n°
Equation de la réaction
2 Ag+(aq) + Cu(s) = 2 Ag(s) + Cu2+(aq)
1
Quantité de matière dans l’état initial (mmol)
x = 0 mol
excès
excès
Quantité de matière au cours de la
transformation : avancement x (mmol)
excès
excès
2
Quantité de matière à l’avancement
x = 4,5 mmol
excès
excès
3
Quantité de matière à l’avancement
x = 4,95 mmol
excès
excès
4
Quantité de matière à l’avancement
x = 4,995 mmol
excès
excès
- Mesurer la tension à vide pour chaque pile.
- Conclure.