B. Etude d`une pile Leclanché

Pile Leclanché
Données :
Charge élémentaire: e = 1,6.10-19 C
Constante d'Avogadro: NA = 6,02.1023 mol-1
Masses molaires atomiques (en g.mol-1) :
M(Zn) = 65,4
M(Mn) = 54,9 M(O)= 16,0
A.
M(H) = 1,0
Etude d'une réaction d'oxydoréduction
1.
Ecrire les deux demi-équations électroniques des couples
oxydant/réducteur suivants, en milieu basique pour le couple avec Mn0 2 :
Zn2+ / Zn et MnO2 / MnO2H
2.
En déduire l'équation de la réaction entre MnO2 et Zn qui est
considérée totale.
3.
On met en contact une masse m1 = 0,97 g d'oxyde de manganèse et
une masse m2 = 20,0 g de zinc, déterminer la composition de l'état final.
4.
Combien d'électrons ont été échangés pendant tout le temps de la
réaction. Ce nombre d'électrons ne dépend que des masses initiales en
réactifs (d'après le bilan de matière).
B. Etude d'une pile Leclanché ( ou pile bâton classique… dite pile
alcaline)
La réaction précédente est celle qui a lieu dans une telle pile. Sauf que dans
une pile, les deux réactifs ne sont pas en contact direct. L'échange
d'électrons entre les deux réactifs n'est possible que si on relie les deux
bornes de la pile (et donc indirectement les deux réactifs) par un fil
électrique. Les électrons cédés par le réducteur d'un des couples vont "faire
le tour" pour être finalement captés par l'oxydant de l'autre couple.
1.
Sachant que le sens conventionnel du courant est de la borne + vers
la borne - à l'extérieur de la pile, associer, à chaque borne de la pile, l'un
des réactifs.
La pile utilisée contient initialement les masses indiquées dans la première
partie de chacun des réactifs. Le constructeur indique que la tension aux
bornes de la pile vaut E = 1,5 V (on néglige la résistance interne de la pile).
2
On branche aux bornes de cette pile, un conducteur ohmique de
résistance R= 10  . Calculer l'intensité du courant qui circule dans le
circuit.
3
Sachant qu'une intensité de 1 A correspond au passage d'une charge
électrique de 1 coulomb par seconde, calculer le nombre d'électrons qui
circulent dans le circuit pendant une seconde.
4.
En déduire la durée de vie (temps de fonctionnement) de la pile, qui
correspond au temps nécessaire pour atteindre l'état final.