II Costitutio d ue pile électrochimique : ) Défiitio : Ue pile électrochimique est u. qui trasforme de l'éergie.. fourie par ue réactio d oxydoréductio spotaée e éergie. 2) Exemple : la pile Daiell : Voir TPχ 0 Expériece 2 3) Costitutio d ue pile : Chaque pile électrochimique est costituée de deux.. Chaque demi-pile est costituée d ue. (e métal : M) et d u. (solutio d ios métallique M + (aq)). Elles fot doc référece chacue à u couple oxydo-réducteur.. Ue joctio électrochimique est réalisée à l aide d u. (solutio ioique gélifiée) : il permet d assurer.. du circuit électrique et. de chaque électrolyte. Il iterviet e rie das l équatio de la réactio qui fourit l éergie. Si, das la costitutio d ue demi-pile, l oxydat et le réducteur du couple sot tous les deux e solutio (avec le couple Cr 2 0 7 2- (aq) / Cr 3+ (aq) par exemple), alors o utilise pour le cotact et la circulatio des électros ue électrode ierte comme du graphite ou du platie. III Foctioemet d ue pile : polarité et ses de circulatio des porteurs de charges (2) et(3) : Cas de la pile Daiell : Nous allos ous itéresser à la pile Daiell (pile Cu-Z vue das le TPχ 0) qui débite à partir du momet où les deux électrodes sot reliées (o ferme le circuit) : ici le circuit extérieur est costitué d u ampèremètre et d u coducteur ohmique de résistace.
) Détermiatio de la polarité et équatio des réactios aux électrodes : a. Utilisatio du critère d évolutio spotaée : Voir TPχ 0 Expériece et 2 Sas préjuger du ses de la trasformatio, l équatio de la réactio mise e jeu s écrit : (*) Pour l état iitial de la pile costituée : Le quotiet de réactio das l état iitial vaut : Q r,i =..=. Pour l état d équilibre : Le quotiet de réactio das l état d équilibre s écrit : Q r,éq. =. ; or Q r,éq = K et K = 0 37 Puisque Q r,i K, l applicatio du critère d évolutio permet de coclure que le système évolue das le ses de l équatio (*) : Lorsque la pile débite, le système chimique est.., la pile. correspod à l état.. Des électros sot. par l électrode de Zic selo la demiéquatio électroique : Z (s) = Z 2+ (aq) + 2 e - Les électros de cette électrode doc le courat. das cette électrode il s agit de la bore. de la pile. Des électros sot.. par la solutio ioique d ios cuivre II selo la demi-équatio électroique : Cu 2+ (aq) + 2 e - = Cu (s) Les électros. sur l électrode de cuivre doc le courat de cette électrode il s agit de la bore. de la pile. b. Expérimetalemet : E regardat l idicatio de l ampèremètre (sige de l itesité), o e coclut le ses de circulatio du courat doc des électros das le circuit, et aisi la ature des demi-équatios qui se produit das chaque demi-pile. 2
b. Cas gééral : Preos le cas de l électrode où il y a réductio : Ox + e - = Red Etablissos le tableau d avacemet de cette trasformatio etre t = 0 et t = t correspodat à la pile usée : Equatio de la réactio a Ox + e- = b Red Etat Avacemet : quatité Quatités de matière (mol) d électros échagée Iitial (t = 0) 0 (Ox ) i 0 Fial (t = t) x (Ox ) i ax = 0 bx x O a alors la quatité de matière d oxydat cosommée : (Ox ) cos = a x = a a I t Or Qmax = I t = F d où (Ox ) cos = F O a aussi la quatité de matière de réducteur formée : (Red ) form = b x = b b I t d où (Red ) form = F O peut faire le même raisoemet avec l équatio de la réactio à l électrode où il y a oxydatio. Ce raisoemet est pas obligatoiremet fait das le cas où la pile atteit l état de pile usée. O peut calculer les quatités de matières formées ou cosommées après u temps t quelcoque où la pile à débiter. b. Cas gééral : Preos le cas de l électrode où il y a réductio : Ox + e - = Red Etablissos le tableau d avacemet de cette trasformatio etre t = 0 et t = t correspodat à la pile usée : Equatio de la réactio a Ox + e- = b Red Etat Avacemet : quatité Quatités de matière (mol) d électros échagée Iitial (t = 0) 0 (Ox ) i 0 Fial (t = t) x (Ox ) i ax = 0 bx x O a alors la quatité de matière d oxydat cosommée : (Ox ) cos = a x = a a I t Or Qmax = I t = F d où (Ox ) cos = F O a aussi la quatité de matière de réducteur formée : (Red ) form = b x = b b I t d où (Red ) form = F O peut faire le même raisoemet avec l équatio de la réactio à l électrode où il y a oxydatio. Ce raisoemet est pas obligatoiremet fait das le cas où la pile atteit l état de pile usée. O peut calculer les quatités de matières formées ou cosommées après u temps t quelcoque où la pile à débiter. 3
IV Exemples de piles usuelles : A partir de l act doc c est pas sorcier : piles et batteries De 5 0 à 6 23 ; de 7 42 à 2 45 ) De quels métaux sot composées les électrodes des piles salies et alcalies (début du documet)? 2) Fred fabrique ue pile de type alcalie das le documet : schématisez-la e sachat que l électrolyte de cette pile est ue solutio gélifiée d hydroxyde de potassium (KOH). 3) Pourquoi cette pile est-elle qualifiée de pile alcalie? 4) Quelle est la différece fodametale etre les piles salies et alcalies? Quelles sot leurs différeces e vue de leur utilisatio? 5) Les couples qui itervieet das la pile salie sot les suivats : et... L électrolyte est ue solutio gélifiée de chlorure d ammoium (NH 4 Cl). Ecrivez les demi-équatios électroiques des réactios à chaque électrode, puis l équatio de la réactio globale : Représetez schématiquemet la pile salie : 6) Les couples qui itervieet das la pile alcalie sot les suivats : et L électrolyte est ue solutio gélifiée d hydroxyde de potassium (KOH).Ecrivez les demi-équatios électroiques des réactios à chaque électrode, puis l équatio de la réactio globale : Représetez schématiquemet la pile alcalie : 4
IV Exemples de piles usuelles : A partir de l act doc c est pas sorcier : piles et batteries De 5 0 à 6 23 ; de 7 42 à 2 45 ) De quels métaux sot composées les électrodes des piles salies et alcalies (début du documet)? 2) Fred fabrique ue pile de type alcalie das le documet : schématisez-la e sachat que l électrolyte de cette pile est ue solutio gélifiée d hydroxyde de potassium (KOH). 3) Pourquoi cette pile est-elle qualifiée de pile alcalie? 4) Quelle est la différece fodametale etre les piles salies et alcalies? Quelles sot leurs différeces e vue de leur utilisatio? 5) Les couples qui itervieet das la pile salie sot les suivats : et... L électrolyte est ue solutio gélifiée de chlorure d ammoium (NH 4 Cl). Ecrivez les demi-équatios électroiques des réactios à chaque électrode, puis l équatio de la réactio globale : Représetez schématiquemet la pile salie : 6) Les couples qui itervieet das la pile alcalie sot les suivats : et L électrolyte est ue solutio gélifiée d hydroxyde de potassium (KOH).Ecrivez les demi-équatios électroiques des réactios à chaque électrode, puis l équatio de la réactio globale : Représetez schématiquemet la pile alcalie : 5