QCM N° 17 a

Piles et accumulateurs.

 

   

 

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QCM N° 17 a : Piles et Accumulateurs :

 Pour chaque question, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s).

 

Énoncé

A

B

C

Réponse

1

Une pile :

doit être recyclée.

stocke de l’énergie sous forme chimique.

est un générateur.

A, B et C

2

Un accumulateur :

Accumulateur au lithium

est un générateur.

peut être rechargé.

produit des gaz à effet de serre.

A et B

3

Dans la pile zinc-cuivre, du document ci-dessous, le courant :

 

sort de l’électrode de cuivre.

traverse la pile de l’électrode de zinc vers l’électrode de cuivre.

a le même sens que le déplacement des électrons.

A et B

4

Dans la pile zinc-cuivre, du document ci-dessous, les électrons arrivant à l’électrode de cuivre :

 

passent en solution.

sont captés par les ions Cu2+ (aq)

s’accumulent dans l’électrode.

B

5

Dans la pile zinc-cuivre, du document ci-dessous, des ions Zn2+ (aq) :

 

captent des électrons.

sont formés.

se déplacent dans la solution

B et C

6

Dans une pile, les réactions aux électrodes dépendent :

du circuit extérieur.

des deux couples constituant la pile.

de la nature du pont salin.

B

7

Pour le couple Ag+ (aq) / Ag (s) :

l’oxydant est Ag (s)

l’oxydant est Ag(aq)

le réducteur est Ag (s)

B et C

8

Dans la demi-équation redox :

Cl2 (g)   +    2 e –         =   2 Cl (aq) :

Cl2 (g) est l’oxydant.

Cl (aq) est le réducteur.

Cl2 (g) est oxydé en Cl (aq) 

A et B

9

Une réaction d’oxydoréduction :

a lieu lorsqu’une pile fonctionne.

met toujours en jeu un transfert d’ions H+ (aq).

met toujours en jeu un transfert d’électrons.

A et C

10

La réaction d’équation :

Fe2+ (aq)   + Zn (s)   Fe (s)  +  Zn2+ (aq)

met en jeu les couples Zn (s) / Zn2(aq) et Fe (s) / Fe2+ (aq)

met en jeu un transfert d’électrons

correspond à la réduction de Fe2+ (aq) par Zn (s).

B et C

 Questionnaire a été réalisé avec Questy Pour s'auto-évaluer 

Essentiel :

    Les piles et accumulateurs :

-    Les piles et les accumulateurs sont des générateurs électrochimiques.

-    Ils convertissent de l’énergie chimique en énergie électrique.

-    Ils sont constitués :

-    De deux électrodes,

-    Les électrodes sont en contact d’un milieu conducteur, appelé électrolyte.

-    Ils sont caractérisés par une force électromotrice E (f.é.m) (volt V) et une résistance interne r (Ω).

-    Lorsque la pile débite du courant électrique, des réactions chimiques se produisent au niveau des électrodes.

-    Le bilan des réactions chimiques (réactions électrochimiques) qui se produisent à chacune des électrodes de la pile donne l’équation de la réaction chimique :

-    Il faut recycler les piles car elles contiennent des produits chimiques, des métaux lourds,….

-    Une pile ne peut pas être rechargée.

-    Lorsqu’on l’utilise, elle s’use et se décharge.

-    Un accumulateur se décharge lors de son utilisation. Mais, on peut le recharger.

-    Lors de la charge de l’accumulateur par le générateur, on transforme de l’énergie électrique en énergie chimique.

-     Il se produit les réactions inverses aux niveaux des électrodes. On réalise une électrolyse.

-    Exemple : accumulateur au lithium

Accumulateur au lithium

-    Un accumulateur est un système chimique qui fonctionne comme une pile (générateur), lorsqu'il se décharge et qui a la possibilité d'être rechargé comme une batterie de voiture classique (d'où le nom impropre de « pile rechargeable ») ; il se comporte alors comme un récepteur.

-    Les recherches actuelles pour les véhicules électriques tendent à utiliser des accumulateurs « Li-ion » dans lesquels l'élément lithium est apporté sous forme ionique par le composé LiFePO4. La tension de fonctionnement de ces accumulateurs est de l'ordre de UPN = 3,3 V.

-    Leur temps de recharge a été considérablement diminué mais reste malgré tout encore d'environ de trois heures

    Pile  Zinc-Cuivre : La pile Daniell 

-    Fonctionnement :

 

-    Dans le cas présent, l’électrode de cuivre constitue la borne positive de la pile et l’électrode de zinc la borne négative.

-    Le courant généré par cette pile circule de l’électrode de cuivre vers l’électrode de zinc à l’extérieur de la pile.

-    Les électrons, responsables du passage de ce courant dans le circuit électrique (fils et électrodes), circule de l’électrode de zinc vers l’électrode de cuivre à l’extérieur du circuit.

-    À l’intérieur de la pile les porteurs de charges sont les ions.

-    Le courant électrique à l’intérieur de la pile est dû à la double migration des ions positifs et négatifs, présents dans les différentes solutions, se déplaçant en sens inverses.

-    Remarque : Les électrons n’existent pas en solution aqueuse et ils ne peuvent pas s’accumuler sur la plaque. Ils se déplacent vers l’électrode de cuivre grâce au circuit électrique.

-    Les cations se déplacent dans le sens du courant électrique et les anions se déplacent en sens inverse de celui du courant électrique.

    Pile  Zinc-Cuivre : La pile Daniell 

-    Réactions aux électrodes :

-    À la borne positive, ici l’électrode de cuivre, les électrons qui arrivent sont consommés par la réaction

Cu 2+ (aq)   +   2 e →   Cu (s)

-    Cette électrode est appelée la Cathode.

-    À la borne négative de la pile, ici l’électrode de zinc les électrons sont créés par la réaction

Zn (s) Zn 2+ (aq)   +   2 e

-    Cette électrode est appelée l’anode.

-    Réaction de fonctionnement de la pile.

-    Lorsque la pile débite du courant électrique, des réactions chimiques se produisent au niveau des électrodes.

-    Le bilan des réactions chimiques (réactions électrochimiques) qui se produisent à chacune des électrodes de la pile donne l’équation de la réaction chimique :

-    Équation de la réaction :

équation de la réaction

  Cu 2+ (aq)   +   2 e →   Cu (s)

                       Zn (s) Zn 2+ (aq)   +   2 e

Cu 2+ (aq)   +  Zn (s)    Cu (s)    +   Zn 2+ (aq)

-    On est en présence d’un générateur électrochimique qui transforme de l’énergie chimique en énergie électrique.

 

    Couples oxydant / réducteur :

-    Oxydant ;

-    Un oxydant est une entité chimique capable de gagner un ou plusieurs électrons.

-    Oxydant : gagne

-    Exemples : Ag +, Cu 2+, Zn 2+

-    Réducteur :

-    Un réducteur est une entité chimique capable de perdre un ou plusieurs électrons.

-    Réducteur : perd

-        Exemples : Cu, Zn

    Couple Ag + (aq) / Ag (s) :

-    À tout couple oxydant / réducteur, on associe la demi-équation électronique d’oxydoréduction suivante :

Couple oxydant / réducteur

Couple Oxydant / Réducteur

  Ox           +   n e    =   Red

Ag + (aq) / Ag (s)

Ag + (aq)   +    e          =   Ag (s)

-    L’espèce Ag + (aq) est réduite en l’espèce Ag (s).

-    L’espèce Ag (s) est oxydée en l’espèce Ag + (aq).

-    Ceci est une écriture formelle.

-    Le signe égal traduit la possibilité de passer d’une forme à l’autre suivant les conditions expérimentales.

 

    Couple Cl2 (g) / Cl (aq) :

Couple oxydant / réducteur

Couple Oxydant / Réducteur

  Ox           +   n e    =   Red

Cl2 (g) / Cl (aq)

Cl2 (g)   +    2 e –         =   2 Cl (aq)

-    L’espèce Cl2 (g) est réduite en l’espèce Cl (aq).

-    L’espèce Cl (aq) est oxydée en l’espèce Cl2 (g).

    Réaction d’oxydoréduction :

-    Une réaction d’oxydoréduction est une réaction qui met en jeu un transfert d’électrons entre ses réactifs.

-    Elle fait agir l’oxydant d’un couple avec le réducteur d’un autre couple pour donner leurs espèces conjuguées.

-     On peut écrire : Ox1   +   Red2          Red1   +   Ox2

-    Lorsque la pile débite du courant électrique, des réactions chimiques se produisent au niveau des électrodes.

-    Le bilan des réactions chimiques (réactions électrochimiques) qui se produisent à chacune des électrodes de la pile donne l’équation de la réaction chimique :

    Réaction entre les couples Ox / Red : Fe2+ (aq) / Fe (s)  et Zn2+ (aq) / Zn (s)

-    Il se produit la réaction suivante :

Fe2+ (aq)   +  Zn (s)   Fe (s)  +  Zn2+ (aq)

-    Au cours de cette :

-    L’espèce Fe2+ (aq) a été réduite. C’est l’oxydant.

-    L’espèce Zn (s) a été oxydée. C’est le réducteur.

-    L’oxydant est réduit et le réducteur oxydé.