Electrochimie - théorie -version élèves

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Pile de Volta
Les notions à acquérir
A) Vocabulaire à apprendre à maîtriser dans ce chapitre
Oxydant réducteur oxydé
Réduit couple redox couple oxred
(réaction d’)oxydation (réaction de) réduction bilan
(réaction d‘)oxydoréduction simplifiée
(réaction d‘)oxydoréduction ionique pôle négatif
Pile demi-équation demi-pile
pôle positif équation d’échange d’électrons débiter
force électromotrice consommer tension
pile usée cathode anode
migration schéma d’une pile usure
flux d’électrons dessin/croquis d’une pile sel
paroi poreuse pont salin réaction spontanée
pouvoir oxydant pouvoir réducteur demi-pile
électrode anode cathode
force électromonique débiter potentiel
potentiel standard équation de Nernst schéma
notation conventionnelle oxred dismutation
B) Compétences à acquérir au cours de ce chapitre
A la fin de ce chapitre vous devrez être capable de
• Reconnaître l’équation d’une oxydoréduction.
• Trouver les nombres d’oxydation des éléments de l’oxydoréduction.
• Trouver/identifier les couples mis en jeu.
• Trouver le potentiel standard d’un couple
• Ecrire l’équation de réduction d’une demi-pile.
• Identifier les couples ox/red (ou redox) impliqués dans le processus
d’oxydoréduction, à partir soit d’une équation, soit de la description d’un
phénomène ox/red, soit du schéma/dessin d’une pile.
• Déterminer dans un couple ox/red qui est le réducteur, qui est l’oxydant.
• Trouver et utiliser les potentiels standard des couples ox/red impliqués
dans le processus d’oxydoréduction, et déterminer qui est l’oxydant et le

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réducteur.
• Faire un croquis d’une pile en indiquant tous les espèces chimiques
présentes, le sens du mouvement des électrons lorsque la pile débite,
le sens de déplacement des espèces chimiques pendant le
fonctionnement de la pile, la position et le signe de l’anode et de la
cathode.
• Ecrire le schéma d’une pile avec la convention appropriée.
• Calculer la force électromotrice standard d’une pile.
• Calculer le potentiel d’une demi-pile et d’une pile avec l’équation de Nernst.
• Interpréter les valeurs de ∆E (∆E = 0 ou ∆E >0 ou ∆E< 0
• Citer les raisons qui font que ∆E = 0
• Décrire ce qui se passe dans une pile qui a fini de débiter.
1. Les réactions d’oxydoréduction
Nous avons vu que les réactions d’oxydoréductions sont des réactions de transfert
d’électrons : un des réactifs cède un ou plusieurs électrons, qui est/sont capté(s) par un
autre réactif.
Exemple :
N.O : 0 0 +1 -1
2 Na
(s)
+ Cl
2(g)
2 NaCl
L’oxydation est définie comme une perte d’électrons et la réduction comme un gain
d’électrons.
• Un oxydant (Ox) est un accepteur d’électrons, il se réduit ;
• Un réducteur (Red) est un donneur d’électrons, il s’oxyde.
Toute réaction d’oxydoréduction peut être écrite sous la forme de deux demi-équations
mettant en jeu deux couples Ox/Red conjugués :
Couples : Ox/Red
Oxydation :
Réduction :
Perte de 1e : oxydation
Capture de 1 e
: réduction

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Un couple Ox/Red est écrit normalement dans le sens de la réduction :
réduction
Ox + n e
-
Red
oxydation
2. Pouvoir oxydant et pouvoir réducteur d’un couple Ox/Red
Le pouvoir oxydant (ou le pouvoir réducteur) d’un couple Ox/Red est mesuré par son
potentiel standard de réduction E
0
obtenu par des mesures électrochimiques effectuées
dans des conditions standards.
Conditions standards : T = 25°C, Molarité des solutions = 1 M, Pression des gaz = 1 (atm)
• Plus le potentiel E
0
d’un couple est élevé, plus le pouvoir oxydant de ce couple est
important.
• Inversement, plus le potentiel E
0
d’un couple est faible, plus son pouvoir réducteur
est grand.
• Dans les conditions standards, entre deux couples Ox/Red, une seule réaction
peut se produire : celle du réducteur le plus fort (E° plus faible) avec l’oxydant le
plus fort (E° plus grand). Cette réaction est dite naturelle.
Exemples :
A) Peut-on utiliser le permanganate de potassium pour oxyder le chlorure de fer(II) en
chlorure de fer(III) dans les conditions standards en milieu acide ?

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B) L’acide chlorhydrique 1 M peut-il attaquer une bague en argent ?
3. Les piles électrochimiques
3.1 Principe d’une pile
Une pile électrochimique n’est rien d’autre qu’une réaction
d’oxydoréduction qui a lieu dans un montage spécifiquement
concu pour utiliser les électrons échangés entre le réducteur
et l’oxydant dans la réaction, pour faire fonctionner un appareil
électrique. Elle a donc pour but la transformation de l’énergie
« chimique » en énergie électrique.
Utilisons la classification précédente dans une pile oxred.
Considérons comme premier exemple les couples Zn
+2
/Zn et
Cu
+2
/Cu.
Recherchons maintenant le sens de la réaction spontanée :
Zn
+2
Zn
oxydation :
Cu
+2
Cu réduction :
Pile Volta ‘’au citron’’
Réalisons le montage ci-dessous :
• Une cuve séparée en deux compartiments par une paroi poreuse (papier filtre).
Le compartiment de gauche contient une solution de sulfate de cuivre(II) dans laquelle
plonge une lame de cuivre.
Le compartiment de droite contient une solution de sulfate de zinc dans laquelle plonge
une lame de zinc.

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• Chaque compartiment constitue une demi-pile et la lame de métal est appelée
électrode.
• Les deux demi-piles sont associées par l’intermédiaire de la paroi poreuse, qui laisse
passer les ions, mais empêche les deux solutions de se mélanger
Les 2 demi-piles constituent une pile.
• Lorsqu’on relie les deux électrodes par un circuit contenant un milliampèremètre, on
constate que le courant passe.
• Un voltmètre mis à la place du milliampèremètre indique la tension aux bornes de la pile
(force électromotrice de la pile). U ≈ 1,1 (V).
3.2 Les phénomènes ayant lieu dans une pile
A l’extérieur de la pile, de l’électrode de zinc (pôle négatif) vers celle de cuivre (pôle
positif), le courant électrique est assuré par des électrons (le sens du courant
conventionnel est opposé au sens de déplacement des électrons).
D’où proviennent ces électrons ?
Ils sont fournis par l’électrode de zinc, pôle négatif, qui est le siège d’une oxydation
selon l’équation : Zn → Zn
+2
+ 2 e
-
Lorsqu’ils arrivent à l’électrode de cuivre, pôle positif, ces électrons sont consommés par
la réduction des ions Cu
2+
selon :
Cu
+2
+ 2 e
-
→ Cu
A l’intérieur de la pile les ions sulfates SO
42-
se déplacent à travers la paroi poreuse vers
l’électrode zinc et les ions Zn
2+
vers l’électrode de cuivre.
 C’est cette double migration d’ions qui assure la fermeture du circuit électrique.
3.3 L’usure de la pile
Le bilan de tous les phénomènes ox/red de notre pile est le suivant :