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III Fonctionnement d'une pile : polarité et sens de circulation des porteurs de charges (2) et(3) : Fiche élève Cas de la pile Daniell :

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Transferts spontanés d'électrons – Exemple de la pile Daniell La pile système hors équilibre au cours de son fonctionnement

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Soit la pile Daniell : couples mis en jeu : Cu 2+ (aq)/ Cu(s) et Zn La quantité d'électricité mise en jeu au cours du fonctionnement d'un générateur

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1/ Expliquer le principe de fonctionnement de la pile Daniell 2/ Reconnaître à partir du sens du courant le sens d'évolution spontanée d'un système siège

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Écrire les équations des réactions aux électrodes Expliquer le fonctionnement d'une pile Utiliser le modèle de la réaction pour prévoir la quantité d'

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La pile Daniell (ou pile cuivre-zinc) est constituée de deux demi- Au cours du fonctionnement de la pile on a donc la réaction

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Réalisation d"une pile :

On souhaite réaliser une pile au laboratoire. Pour cela, on dispose d"une lame d"argent et d"une lame de cuivre ainsi que

d"un volume V

1 = 100 mL d"une solution aqueuse de nitrate d"argent de concentration molaire en soluté apporté C1 =

1,0 mol.L

-1 et d"un volume V2 = 100 mL d"une solution aqueuse de sulfate de cuivre de concentration molaire en soluté

apporté C

2 = 1,0 mol.L-1 et d"un pont salin.

L"expérience est réalisée à la température de 25 °C. À cette température, la constante d"équilibre associée à l"équation :

2+ (aq) + 2 Ag(s) = Cu (s) + 2 Ag+ (aq) est K = 2,6 . 10-16.

La pile ainsi réalisée est placée dans un circuit électrique comportant un rhéostat et un interrupteur. On ferme ce

circuit électrique à l"instant de date t

0 = 0 s.

1. Faire un schéma légendé de cette pile. Compléter le schéma avec le rhéostat et l"interrupteur.

2. Déterminer le quotient de réaction Q

r,i du système ainsi constitué à l"instant de date t0. En déduire le sens d"évolution spontanée du système.

3. Pour chaque électrode, écrire la demi-équation correspondant au couple qui intervient.

4. En déduire, en justifiant la réponse, à quel métal correspond le pôle + de la pile et à quel métal correspond le pôle -.

Ecrire le schéma conventionnel de cette pile.

5. On branche un voltmètre aux bornes de la pile ; il affiche U = - 1,1V. Dessiner le avec ses bornes sur le schéma

précédent, en justifiant. Quelle est la f.e.m. de cette pile ?

6. D"après la théorie, on considère que la pile s"arrête de fonctionner quand le réactif limitant, constitué soit par les

ions Cu

2+, soit par les ions Ag+ , a été complètement consommé ( cela dépend en fait du sens que vous avez trouvé

pour l"équation de la réaction). Les métaux des électrodes sont considérés en excés.

En utilisant l"équation de la réaction se produisant à l"une des électrodes, calculer la capacité de cette pile et sa durée

de fonctionnement en supposant qu"elle a fourni une intensité de 200 mA.

On donne la constante d"Avogadro N

A = 6,02 . 1023 mol -1, la charge électrique élémentaire e = 1,6 10 -19 C, ainsi que la constante de Faraday : F = 96 500 C.mol -1.

7. Quand la pile s" arrête de fonctionner, calculer la masse de métal qui s"est déposé sur l"électrode qui a vu sa masse

augmenter. Expliquer.

8. Calculer la masse de cuivre disparue.

Consulter votre classification périodique.

Corrigé page suivante

Corrigé :

Or K = 2,6 . 10

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