Chim. N° 08

Les piles :

Exercices.

Correction.

 

   

 

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Programme 2012 :

Programme 2012 : Physique et Chimie

1)- Exercice 9 page 206

2)- Exercice 12 page 207

3)- Exercice 15 page 207

4)- exercice 17 page 208

 

Pour aller plus loin : 

Mots clés :

la pile ; pile alcaline ; pile saline ; le générateur électrochimique ; quantité d'électricité : capacité d'une batterie ; la batterie au plomb ; réactions aux électrodes ; Volta ; les courants galvaniques ;...

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I- Applications

1)- Exercice 9 page 206.

a)- À quoi sert le pont salin ?

b)- Quel est sont autre nom ?

 

a)- Le pont salin permet la circulation des ions et de ce fait le passage du courant dans les solutions.

- Il permet aussi de fermer le circuit électrique.

- Il permet de maintenir l’électroneutralité des différentes solutions électrolytiques.

b)- Le pont salin est aussi appelé : pont électrolytique.

2)- Exercice 12 page 207.

Parmi les métaux alcalins, on peut citer le lithium (Li), le sodium (Na) et le potassium (K).

a)-     à quelle colonne de la classification périodique des éléments appartiennent-ils ?

b)-     Des deux piles représentées ci-après, laquelle est la pile alcaline ? Justifier.

 

Parmi les métaux alcalins, on peut citer le lithium (Li), le sodium (Na) et le potassium (K).

a)- Colonne de la classification périodique 

-  Ils appartiennent à la première colonne de la classification périodique des éléments.

-  Quels ions ont-ils tendance à donner ?

-  Ils donnent des ions portant une charge positive.

-  L’atome possède un électron sur la couche électronique externe.

-  Ils ont tendance à céder cet électron afin de posséder

une couche électronique externe à 2 électrons pour Li+ (règle du DUET),

ou une couche électronique à 8 électrons pour Na+ et K+ (règle de l’OCTET).

b)- La pile alcaline est représentée par le schéma 1.

Le schéma 2 représente la pile saline.

3)- Exercice 15 page 207.

La pile zinc-argent comprend, entre autres, deux lames métalliques (argent et zinc).

a)-      

-  donner le couple auquel appartient le métal zinc, ainsi que la demi-équation électronique associée.

-  Dans ce couple, le zinc métal est-il l’oxydant ou le réducteur ? Justifier.

b)- donner le couple auquel appartient le métal argent, ainsi que la demi-équation électronique associée.

c)- Compléter la légende du schéma ci-dessous.

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d)- Donner le schéma conventionnel de cette pile.

e)-      

-  écrire les demi-équations électroniques des réactions ayant lieu aux pôles positif et négatif.

-  Écrire l’équation chimique traduisant le fonctionnement de la pile.

 

a)- Couple oxydant / réducteur : Zn 2+ / Zn

-  Demi-équation électronique : Zn 2+(aq)    +   2 e   = Zn (s)

-  Le zinc métal est le réducteur : il est capable de céder des électrons.

b)- Couple oxydant / réducteur : Ag + / Ag

-  Demi-équation électronique : Ag +(aq)    +    e   = Ag (s)

c)- Légende :

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d)- schéma conventionnel :

e)-      

-  Au pôle positif, il se produit une réduction : 

-  Ag +(aq)    +    e   = Ag (s) : c’est la cathode. 

-  Cette réaction consomme des électrons.

-  Au pôle négatif, il se produit une oxydation : 

-  Zn (s) = Zn 2+(aq)    +   2 e  : c’est l'anode.

-  Cette réaction cède des électrons.

-  Écrire l’équation chimique traduisant le fonctionnement de la pile.

-  Équation fonctionnement :  

Zn (s)   +  2 Ag +(aq)    =   Zn 2+(aq)   +    2 Ag (s)

4)- exercice 17 page 208.

On considère la pile formée en plongeant une lame de plomb dans

une solution de nitrate de plomb II et une lame de cuivre dans une solution de nitrate de cuivre II.

 A l’aide du montage schématiser ci-dessus, on a déterminé la caractéristique UAB = f (IAB).

L’exploitation du graphe a donné la relation suivante : UAB = – 0,60 + 5,4 IAB

a)- En déduire les grandeurs caractéristiques de la pile.

b)- Indiquer sur le schéma la polarité de l’ampèremètre

et du voltmètre permettant de lire directement les valeurs de UAB et IAB sur les appareils.

c)- En déduire la polarité de la pile.

d)- Donner de schéma conventionnel de la pile.

e)-      

-  Au niveau de quelle lame s’effectue l’oxydation ?

f)- Écrire l’équation des réactions aux électrodes,

puis celle de la réaction qui a lieu quand la pile débite.

g)- Lorsque la pile débite, comment évolue les masses des lames ?

h)- Quel est le réactif limitant le plus probable ?

 

Pile formée en plongeant une lame de plomb dans une solution de nitrate de plomb II

et une lame de cuivre dans une solution de nitrate de cuivre II.

 A l’aide du montage schématiser ci-dessus, on a déterminé la caractéristique UAB = f (IAB).

L’exploitation du graphe a donné la relation suivante : UAB = – 0,60 + 5,4 IAB

a)- Grandeurs caractéristiques de la pile.

-  Loi d’ohm aux bornes d’une pile.

 - Une pile est caractérisée par sa force électromotrice : 

-  f.é.m. E (grandeur positive) et sa résistance interne r (grandeur positive).

-  La relation : UAB = – 0,60 + 5,4 IAB donne : UBA = 0,60 – 5,4 IAB

-  f.é.m. E 

-  c’est la tension à vide de la pile c’est-à-dire la valeur de la tension

entre ses bornes lorsqu’elle ne débite aucun courant 

-  Ici,  f.é.m. E = 0,60 V.

-  Résistance interne : r = 5,4 Ω.

b)- Polarité des différents appareils.

c)- Polarité de la pile.

-  L’électrode A constitue le pôle négatif de la pile

-  L’électrode B le pôle positif de la pile car UAB < 0.

d)- Schéma conventionnel :

e)-      

-  L’oxydation s’effectue à l’anode. C’est le pôle négatif de la pile.

f)-  Réactions aux électrodes et réaction qui a lieu quand la pile débite.

-  À l’anode se produit l’oxydation du plomb métal. 

-  Cette réaction cède des électrons :

-  Pb (s) = Pb 2+(aq)    +   2 e

-  À la cathode se produit la réduction des ions cuivre II. 

-  Cette réaction consomme des électrons :

-  Cu 2+(aq)    +   2 e   = Cu (s).

-  Réaction lorsque la pile débite : 

Pb (s)   +  Cu 2+(aq)    =   Pb 2+(aq)   +    Cu (s)

g)- Au cours de la transformation chimique qui se produit lorsque la pile débile,

la masse de l’électrode de plomb diminue alors que celle de l’électrode de cuivre augmente.

h)- Le réactif limitant le plus probable est ion cuivre II.