fiche TP_Transformations spontanées : les piles
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Lycée Jean XXIII Chapitre C8 REIMS Terminale S 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 (Cu 2+aq + SO42-aq) à 10-1 - 2. 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 ? 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 (+) 1/2 Lycée Jean XXIII Chapitre C8 III. Simulation du comportement électrique d’une pile REIMS Terminale S 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 : 2 Ag+(aq) + Cu(s) = 2 Ag(s) + Pile n° Equation de la réaction 1 Quantité de matière dans l’état initial (mmol) x = 0 mol excès excès Quantité de matière au cours de transformation : avancement x (mmol) excès excès la 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. 2/2 Cu2+(aq)
