Bac Blanc

mai 05

Exercice de chimie : 

2

 

    

 

Réalisation d’une pile Nickel / Zinc

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I- Exercice 2      Réalisation d’une pile Nickel / Zinc.

On réalise une plie formée à partir des couples Ni2+ / Ni  et Zn2+ / Zn.

Chaque solution aqueuse a pour volume V = 100 mL et les concentrations

 initiales sont : [Ni2+]i = [Ni2+]i  = 5,00 x 10 – 2 mol / L.

On donne : 1 F = 96500 C / mol

Pour la réaction :

Ni2+  +  Zn  =  Ni  +  Zn2+     

la constante d’équilibre     K = 1,0 × 10 18

1)- Réalisation de la pile :

L’électrode positive de cette pile est l’électrode de nickel.

Légender le schéma de la figure 1 donnée en annexe (à rendre avec la copie)

avec les termes suivants : 

électrode de zinc, électrode de nickel, pont salin,

solution aqueuse contenant des ions Zn 2+,

solution aqueuse contenant des ions Ni 2+,

anode, cathode.

figure 1

2)- Demi-équations électroniques :

a)-  écrire les demi-équations des réactions se produisant aux électrodes.

Justifier votre réponse.

b)-  préciser, pour chaque électrode, s’il s’agit d’une oxydation ou d’une réduction.

c)-  écrire l’équation de la réaction qui se produit quand la pile débite du courant

électrique.

d)-  Calculer la valeur du quotient de réaction à l’instant initial Qr, i.

Cette valeur est-elle cohérente avec la polarité proposée ?

3)- étude quantitative de la pile.

a)-  On fait débiter la pile dans un conducteur ohmique de résistance R.

Représenter le circuit extérieur sur le schéma de la figure 1 donnée en annexe.

préciser sur le schéma le sens du courant et le sens de déplacement des électrons

 dans le circuit extérieur.

b)-  Comment varie la concentration des ions dans chaque bécher ?

En déduire l’évolution du quotient de réactionr.

c)-  Sachant que la masse des électrodes ne limite pas la réaction, pour quelle

 raison, la pile s’arrête-t-elle de débiter du courant électrique ?

Quelle est alors la valeur numérique du quotient de réaction Qr ?

d)-  La réaction étant considérée comme totale, calculer l’avancement maximal

 xmax de la réaction.

4)- Cette pile débile une intensité constante I = 10 mA :

a)-  Déterminer la durée Δt de fonctionnement de la pile.

b)-  Quelle est alors la concentration en ions Zn 2+ ?