[PDF] Evolution spontanée dun système chimique` TP : COMPRENDRE

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1

Chapitre

TP Objectifs bac : Pratiquer une démarche expérimentale pour : -réaliser une pile et modéliser son fonctionnement -mesurer sa f.e.m

Contexte du sujet:

. Nous allons ici tenter de modéliser ctrodes. Nous déterminerons ensuite sa force électromotrice (f.e.m). une pile : Modélisation des réactions chimiques Une pile Daniell est constituée de deux demi-piles. La demi-pile de gauche est constituée 1 1 = 0,1 mol.L-1. Dans laquelle plonge une lame de zinc. (Voir schéma ci-dessous) La demi-pile de droite est constituée 1 entration C2 = 0,1 mol.L-1.Dans laquelle plonge une lame de cuivre. (Voir schéma ci-dessous)

1/ Compléter le schéma ci-

) Coup de pouce : Vous indiquerez sur le schéma les bornes

3ant électrique.

Appeler le professeur pour vérifier votre montage (Appel n°1)

4/- Placer alors le pont salin+ et des ions Cl-)

-Retirer alors le pont salin. Le rincer.

5/ A partir de votre réponse à la question 3, indiquer sur le schéma ci-dessus :

b/ le sens de déplacement des électrons libres dans ce même dipôle

c/ le sens de déplacement des cations (ions positifs) et des anions (ions négatifs) au sein des solutions et du pont salin

d/ En déduire la borne positive et la borne négative de la pile.

6/ Préciser la lame métal

Demi-pile

Electrode

Zn Cu

Cu2+(aq) + SO42-(aq) Zn2+(aq) + SO42-(aq)

Pont salin

2 7

8/ Sur le schéma ci-

- ectrons)

9/ Ecrire les demi-

10/

11/ ǻ

Déterminer la diminution de masse, notée mc

EN RÉSUMÉ

ÎLa pile

-Une pile est constituée de deux de demi-piles séparées par un électrolyte (solution riche en ions).

Remarque

ÎLa demi-pile

- : Ox/Red

Remarque

ÎLe pont salin joue deux rôles :

-fermer le circuit afin assurer le passage du courant électrique dans la pile. -assurer la neutralité électrique des solutions.

II/ une pile. Notion de force électromotrice.

(f.e.m) E.

La force électromotrice E modélise la capacité de la pile à mettre en marche les électrons.

: UPN = E r.I

UPN : Tension aux bornes de la pile

E : Force électromotrice de la pile (ou f.e.m)

r : résistance interne de la pile I intensité du courant électrique débitée par la pile Une pile a donc pour caractéristique la courbe UPN = f(I) ci-contre

La f.e.m est donc égale à la tension aux bornes de la pile lorsque celle-ci ne débite pas. (Circuit ouvert)

Dans cette partie, on se propose de déterminer expérimentalement la f.e.m E de la pile Daniell.

-dessous. Faites-le et mesurer la valeur de E.

Remarques :

-ȍe

COM. Ce dernier effectuant le calcul VV - Vcom.

-Lorsque le multimètre est en mode voltmètre, sa résistance est de lȍ voltmètre est donc nulle, on peut donc écrire que UPN = E R E N P UPN E , r N P UPN

0 I Icc

E Zn Cu V

Vȍ COM

3

CORRECTION

2/Lquasi-nulle.

4/ (voir schéma)

Les ions positifs se déplacent dans le sens du courant. En solution, le passage du courant électrique est assuré par les ions.

En solution, le passage du courant électrique est assuré par une double migration des ions en sens opposé.

5

7/ Voir schéma.

8-) : oxydation ĺ2+(aq) + 2e-

A la cathode (borne +) : réduction : Cu2+(aq) + 2e- ĺ Equation chimique : Cu2+(aq) + Zn(s) = Cu(s) + Zn2+(aq) -Une pile redox naturelle et irréversible. -Lextérieur. Il est donc indirect. Ceci explique que la pile ne débite un courant que si elle est branchée dans un circuit. 9/ Plus le potentiel redox du couple est grand et plus Plus le potentiel redox du couple est petit et plus le réducteur est fort.

Demi-pile

Electrode

Zn Cu

Cu2+(aq) + SO42-(aq) Zn2+(aq) + SO42-(aq)

A R I e-

Anode Cathode

COM mA ou 10A

V

COM V ȍ

Cu2+ Cu

Zn2 Zn

E1 = + 0,34V

E2 = -0,76V

4 I/ Le courant électrique : un débit de charge électrique Lorsque vous achetez dans le commerce des piles rechargeables il est indiqué : 1300 mAh

Que signifie cette information ?

Intensité du courant électrique = débit de charge électrique

Q : Qui assure le passage du courant électrique dans les métaux ? Les électrons. Il existe donc une relation entre Q et les

électrons mis en jeu.

Î Relation entre Q et n(e-)

Q = N(e-) ൈ:FA; = N(e-) ൈA

Q = n(e-)

NA e

Posons F = NA.

e = 6,02.1023

1,60.10-19 = 9,65.104 C.mol-1

Q = n(e-)

F

ÎRelation entre n(e-) et nc(Zn)

Il faut raisonner sur les demi-équation redox

Exemple de la pile Danielle : ĺ2+(aq) + 2e-

s

Raisonnement. On détermine Q à partir de I puis n(e-) à partir de Q puis nc(Zn) à partir de n(e-) puis mc(Zn)

10/ I = 0 soit U = E r.I = E = 0,474 V.

I = ொ

A C s 5

PROFESSEUR

CONTERIO

DATE DU TP

DATE DE DEPOT

PREPARATEUR

JOUR DU TP

SALLE

HORAIRE

TP (TS spé) : LES PILES

BAC ELEVE (binôme :

Pont salin (tube en U contenant un gel constitué de (K+(aq) + Cl-(aq)) 1

Béchers de 100 mL 3

Eprouvette graduée de 100 mL 1

Plaque de cuivre 1

plaque de zinc 1

Pince croco 2

Multimètre (Vérifier son fonctionnement en mode voltmètre et ampèremètre) 1

ȍ 1

Fils de connexion 2

Plaque support 1

BAC PROF

Fiole contenant une solution de Cu2+(aq) + SO42-(aq) à 0,1 mol.L-1 (compter 60 mL par binôme) 1 Fiole contenant une solution de Zn2+(aq) + SO42-(aq) à 0,1 mol.L-1 (compter 60 mL par binôme) 1

Bac de récupération 2

Entonnoir 2

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