Ch 17 Piles et accumulateurs Objectifs : Réaliser une pile et la modéliser. Notions de la transformation chimique d’oxydoréduction.

Ch 17 Piles et accumulateurs 1 – Réalisation d’une pile 2 – Modélisation d’une pile 3 – Couple oxydant/réducteur 4 – Réaction d’oxydoréduction

1 – Réalisation d’une pile Manipulation élèves: TP p 288 Cu2+ + SO42- Fe2+ Fe Cu V K+ + NO3- Pont salin

Question 1 : Noter la valeur affichée, c’est la force électromotrice (f.e.m) de la pile. Ce sytème est-il un générateur? Identifier ses bornes positive et négative. La f.e.m = V Ce système est un générateur de tension électrique. La lame de fer est la borne négative et la lame de cuivre la borne positive.

Suite du TP Cu2+ + SO42- Fe2+ Fe Cu A K+ + NO3- Pont salin R

Question 2: Quel est le sens du courant électrique dans l’ampèremètre? Quels sont les porteurs de charge en mouvement dans le circuit extérieur à la pile? Dans quel sens se déplacent-ils? Le courant conventionnel I circule de la lame de cuivre vers la lame de fer, donc les porteurs de charge sont les électrons qui se déplacent en sens inverse.

Question 3: Quel est le sens du courant à l’intérieur de la pile? Quels sont les porteurs de charge en mouvement? Dans quel sens se déplacent-ils? Le courant conventionnel va de la lame de fer vers la lame de cuivre. Les porteurs de charge sont les ions en solution. Les cations se déplacent donc vers le cuivre alors que les anions vont vers le fer.

Question 4: Quel est le rôle du pont salin? Assurer l’électroneutralité des milieux et ainsi rendre possible la migration des porteurs de charges.

Cu2+(aq) + 2e- Cu(s) Question 5: Considérer le déplacement des électrons dans les parties métalliques de la piles. Que se passe-t-il? Des électrons sont produits à la lame de fer. Des électrons sont consommés à la lame de cuivre. Proposer une explication. Les électrons sont produits à la lame de fer suivant la réaction d’oxydation : Fe(s) Fe2+ (aq) + 2e- Les électrons sont consommés à la lame de cuivre suivant la réaction de réduction: Cu2+(aq) + 2e- Cu(s)

Question 6: Relier la polarité de cette pile aux réactions qui se produisent aux électrodes. La borne négative d’une pile est le siége d’une oxydation. La borne positive d’une pile est le siége d’une réduction.

2 – Modélisation d’une pile Une pile est constituée de deux demi-piles reliées par une jonction électrochimique (paroi poreuse ou pont salin). Une demi-pile étant constituée par l’ensemble {électrode + solution électrolytique} faisant intervenir les espèces chimiques. Une pile peut être considérée comme un générateur électrique continu. Elle permet un transfert spontané indirect d’électron. Le pôle + correspond à la cathode et le pôle – à l’anode. (l’anode est l’électrode où se produit l’oxydation). Lorsque la pile ne débite pas (I=0), le voltmètre indique la fem de la pile.

Les porteurs de charges suivent les sens suivant: Cu2+ + SO42- Fe2+ Fe Cu R A NO3- + K+ Pont salin

3 – Couple oxydant/réducteur Manipulation prof: Introduire dans un tube à essai un copeau de cuivre avec une solution de nitrate d’argent. Observation: Il y a dépôt noir sur le copeau de cuivre et la solution se colore en bleu. Interprétation: De l’argent métal se dépose sur le cuivre, suivant la réduction: Ag+(aq) + e- Ag(s) et le cuivre métal passe en ion cuivre suivant l’oxydation: Cu(s) Cu2+(aq) + 2 e-

Conclusion: Le cuivre peut être réduit ou oxydé suivant sa forme Conclusion: Le cuivre peut être réduit ou oxydé suivant sa forme. On dit qu’il a une forme réducteur (Cu) ou oxydant (Cu2+). On parle de couple oxydant/réducteur Cu2+/Cu La demi-équation électronique régissant un couple oxydant/réducteur est : Ox + n e- = Red L’oxydant subit une réduction . Le réducteur subit une oxydation. L’oxydation est une perte d’électrons. La réduction est un gain d’électrons.

4 – Réaction d’oxydoréduction - Une réaction d’oxydoréduction est un transfert d’électrons entre l’oxydant et le réducteur. Elle s’établit à l’aide des 2 demi-équations électroniques et de la connaissance de son sens. Ox1 + n1 e- = Red1 (x n2) Red2 = Ox2 + n2 e- (x n1) n2 Ox1 + n1 Red2 n2 Red1 + n1 Ox2 2Ag+ + Cu 2Ag + Cu2+

Exercices n° 1,2,3,4,9, 11, 15, 18, 27 p 295