Le stockage de l énergie TP SL n 10 Nom : Prénom : Classe : Introduction Citer des exemples de formes d énergies Le stockage de l'énergie est l'action qui consiste à placer une quantité d'énergie en un lieu donné pour permettre son utilisation ultérieure. On s intéressera au stockage de l énergie électrique. Quel est l inconvénient de l énergie électrique par rapport à un autre type d énergie comme l énergie fossile? Donner des exemples d applications liés au stockage de l énergie électrique? Sous quelle forme peut-on stocker cette énergie électrique? Qui a inventé la première pile électrique? Quand a-t-elle été mise au point? Quelle unité a été tirée du nom de cet inventeur? De nombreux appareils de notre vie quotidienne fonctionnent à l électricité. Les piles permettent d apporter l énergie électrique nécessaire à leur fonctionnement. Mais de quoi ces piles sont-elles constituées? 1
De nombreux appareils de notre vie quotidienne fonctionnent à l électricité. Les piles permettent d apporter l énergie électrique nécessaire à leur fonctionnement. Mais de quoi ces piles sont-elles constituées? Fabrication de la pile de Volta Visionnage d un document vidéo (source CNRS) Essayez, grâce au matériel à disposition (une lame de cuivre et une lame de zinc), de réaliser, comme Volta, une pile cuivre zinc. Mesurez la tension à ses bornes et schématiser votre expérience. Comment faire pour obtenir une pile de plus grande tension? Tester votre idée. Pourquoi parle-t-on de «pile»? Vérifier s il est possible, avec une telle pile, d'allumer une petite diode électroluminescente qui ne demande pas beaucoup d'intensité? Mesurer l intensité délivrée par la pile «Volta» ainsi fabriquée. Comprendre le fonctionnement de la pile électrochimique Première expérience : Introduire, dans un tube à essai, une solution de sulfate de cuivre et ajouter de la poudre de zinc. Agiter, observer et schématiser l expérience. Prélever un peu de la solution du tube à essai et y verser un peu de solution d hydroxyde de sodium. Qu observe-t-on? Interpréter les observations effectuées et écrire l équation de la transformation chimique qu il y eu entre les ions cuivre et le métal zinc. 2
Deuxième expérience : Plonger une lame de cuivre dans un bécher contenant une solution de sulfate de cuivre (Cu 2+ + SO 2-4 ). Plonger une lame de zinc dans un bécher contenant une solution de sulfate de zinc (Zn 2+ + SO 2-4 ). Relier les deux béchers par un papier imbibé de chlorure de potassium saturé (K + + Cl - ), on appelle cela un pont électrochimique ou pont salin. Remarque : le pont salin contient une solution électrolytique (comme du chlorure de potassium ou un autre sel) qui n'intervient pas dans la réaction. Il permet aux ions de se déplacer d'une solution à l'autre afin de conserver la neutralité électrique. Relier les 2 électrodes aux bornes d un voltmètre, noter la valeur indiquée (cette valeur s appelle la force électromotrice, notée E et exprimée en Volts) et déterminer la polarité de la pile réalisée. E = Borne positive : Borne négative : Remplacer le voltmètre par une DEL ou un conducteur ohmique, et mesurer l intensité du courant délivrée par ce dispositif. I = Compléter le schéma suivant en indiquant le sens de circulation des électrons et le sens de circulation du courant électrique. Écrire les équations des réactions : A la borne positive (appelée cathode) : A la borne négative (appelée anode) : Remarques : La cathode (borne +) est le siège d une réaction de réduction où une entité chimique gagne des électrons. L anode (borne -) est le siège d une oxydation où une espèce chimique perd des électrons. La réaction globale est une réaction d oxydoréduction. 3
Quels facteurs influent sur la f.e.m de la pile électrochimique? Une des caractéristiques la plus importante pour une pile est sa force électromotrice, mais quels sont les facteurs qui peuvent modifier cette force électromotrice (f.e.m)? Proposer vos hypothèses. Etudiez l effet du changement des facteurs cités précédemment sur la pile électrochimique (vérifier vos hypothèses). 1 ère expérience : Effet de la nature des métaux des électrodes sur la f.e.m. On réalise différentes piles avec des couples (ion métallique/métal) différents, les solutions ayant des concentrations fixes (identiques ou voisines). Pile Cu et Ag fem mesurée (Volt) Polarités Borne + borne - Cu et Pb Zn et Pb Zn et Ag Pb et Ag La nature des métaux influence-t-elle la f.e.m de la pile? Classer les piles par ordre croissant de f.e.m Quelle pile peut-on réaliser pour avoir la fem la plus grande (avec le matériel et solutions disponibles en classe)? Écrire les équations traduisant son fonctionnement : «Meilleure» pile : A la borne positive : A la borne négative de la pile : 4
2 ème expérience : effet de la concentration des solutions sur la f.e.m de la pile V On réalise le montage de la pile de Daniell suivant : 1 ère expérience : On fixe la concentration des ions Zn 2+ et on fait varier celle de Cu 2+ (de 0,0010 à 0,50 mol.l -1 par exemple). A chaque fois qu on change la concentration, on mesure la f.e.m notée E de la pile. 2 ème expérience : On fixe la concentration des ions Cu 2+ et on fait varier celle de Zn 2+. A chaque fois qu on change la concentration, on mesure la f.e.m notée E de la pile. La concentration molaire des solutions influe t-elle sur la f.e.m? «Meilleure pile» : A la borne positive : A la borne négative de la pile : Recherche sur les piles du commerce : Les piles salines types Leclanché Les piles alcalines Les piles boutons La pile au lithium Les accumulateurs (piles rechargeables) 5