Chapitre 10 - Chimie Physique
La f é m est caractéristique d’une pile, siège d’une réaction chimique particulière : La f é m va donc dépendre des couples oxydoréducteur utilisés Elle va également dépendre de la concentration des espèces mises en jeu 2) Quantité maximale d’électricité débitée ou capacité en charge de la pile : a La pile usée :
Chapitre Piles Chimie 2 - WordPresscom
Chimie d’oxydo-réduction entre les Ag +(aq) métal aluminium Al) : Ag + /[Ag ) , Al3+ /[Al) Polarité et réactions aux électrodes 1 Généralités sur les piles Une l’énergie fournie par une oxydo-réduction e est demi-piles d’une électrochimique r-s demi-pile est d’une ionique contenant métal-
Chimie 10 : Les piles
Comment fonctionne une pile ? Les réactions aux électrodes, le sens de déplacement des différents porteurs de charge, le sens du courant électrique et la polarité des électrodes permettent d'interpréter le fonctionnement d'une pile 3 1 Fonctionnement d'une pile La f é m de la pile étudiée, ecuzn — — (Vcu — Vzn)l-o est positive
Thème : Piles et électrolyses Fiche 4 : Piles et électrolyses
CHIMIE Série S Fiche Cours Une pile est le siège d’une réaction d’oxydo réduction spontanée (Q r Il faut éviter par la suite d’associer une polarité à ces définitions
LA PILE DE DANIELL CALCUL DE LA FORCE ELECTROMOTRICE - la chimie
Pour trouver la relation mathématique permettant de calculer la f e m d’une pile, il faut d’abord travailler en conditions standard ( P = 1 bar = 0,986 atm, C ions = 1 mol l-1) à 25°C On choisit le potentiel de réduction comme étant le potentiel associé à chaque électrode Le potentiel d’une pile à l’état standard
Les piles Série chimie n° 13 - TuniSchool
On construit une pile dont le schéma est donné ci-contre et aux bornes de laquelle est branché un voltmètre en série avec un interrupteur K 1 I- Expérience 1 : On ferme l’interrupteur K 2 et on ouvre K 1, l’ampèremètre indique un courant électrique dans le sens de l’or vers l’aluminium 1- Donner la définition d’une pile
REALISATION ET ETUDE DE PILES - pagesperso-orangefr
1- Décharge d’une pile suivie par EXAO Commenter le graphique suivant donnant les variations de l’intensité en fonction du temps lors de la décharge d’une pile plate de 4,5V dans un circuit 2- Simulation de l’usure d’une pile au cours de sa décharge (cette simulation est collective)
CHIMIE / Unité :3 Le sens d’évolution d’un système chimique
3-2-la durée t du fonctionnement de la pile Exercice 3 On travaille avec une pile Daniell constituée à partir 200 mL d’une solution de sulfate de cuivre(II) de concentration [Cu2+ (aq)] = 5,0 10 –2 mol L–1 On considère ici que l’intensité débitée par la pile est constante et vaut I = 20,0 mA 1- Rappeler l’équation de
Ch 16 - Chimie et electricite
On branche aux bornes d'une pile de résistance interne 5,3 Ω un conducteur ohmique de résistance R La pile La pile débite alors une intensité de 150 mA et la tension à ses bornes est égales à 4,7 V
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LA PILE DE DANIELL
CALCUL DE LA FORCE ELECTROMOTRICE
On y lit une différence de potentiel (ddp) de 1,09 volt. Cette ddp entre les 2 électrodes représente le potentiel de la pile, appelé également force électromotrice (f.e.m.). Mais que se passe-t- concentration des solutions ? Fermons le circuit de notre pile en ayant une solution deCuSO4 1,00M et une solution de ZnSO4 0,10M. La
tension aux bornes de la pile vaut près de 1,12 volt. Fermons le circuit de notre pile en ayant une solution de CuSO4 0,10M et une solution de ZnSO4 1,00 M. La tension aux bornes de la pile vaut maintenant de 1,06 volt.Le potentiel de la pile est lié aux composants des deux cellules de demi-réaction et dépend des
concentrations en ions des deux solutions. Pour trouver la relation mathématique permettant de calculer la f.e.m. travailler en conditions standard ( P = 1 bar = 0,986 atm, Cions = 1 mol.l-1) à 25°C.On choisit le potentiel de réduction comme étant le potentiel associé à chaque électrode.
est exprimé par la relation suivante : E° (pile) = E°réduction (cathode) E°réduction (anode)
2H+ (aq, 1mol/l) + 2 e- ҡ H2 (g, 1 atm)
E°réduction = E°oxydation = 0 V
Cette relation implique de connaître les potentiels standard absolus de chaque électrode. Or, expérimentalement, on mesure toujours une ddp entre choisissant une électrode de référence dont on fixe arbitrairement le potentiel standard à 0. standard à hydrogène introduit à une pression de 1 atm sur une électrode de platine, immergée dans une solution aqueuse de concentration 1M en ions hydronium. entre les protons et les molécules -contre : les protons sont réduits en molécules de dihydrogène et les molécules de dihydrogène sont oxydées en protons. CuSO4 1,00M ZnSO4 0,10M ZnSO4 1,00M CuSO4 0,10M www.lachimie.org 2LA PILE DE DANIELL
CALCUL DE LA FORCE ELECTROMOTRICE
autre couple, par exemple le couple Cu2+/Cu, on celle dont le potentiel est à mesurer, ici une électrode de cuivre, immergée dans une solution 1 M en ions Cu2+. Il y a donc réduction des ions Cu2+ présents en solution. électrode de cuivre joue ainsi le rôle de cathode dihydrogène en protons. La ddp mesurée entre ces deux électrodes dans les conditions standard est de + 0,34 V. Cette valeur est donc celle du potentiel standard de se détermine de la même manière. Cette fois, on ion spontanée du système entraîne une dissolution du zinc métallique. Il y a donc oxydation du zinc métallique en ions zinc. anode et où a lieu la réaction de réduction des protons en dihydrogène. La ddp mesurée entre ces deux électrodes dans les conditions standard est de 0.76 V. Ce potentiel Le zinc vaut 0,76 V. Nous sommes donc en mesure de calculer la f.e.m. de la pile de Daniell en conditions standard.Nous obtenons une valeur de 1,10 V, ce qui, aux erreurs expérimentales près, correspond à la ddp de
1,09 V que nous avions mesurée sur la pile de Daniell en conditions standard.
Pile : Cu2+ (aq, 1mol/l) + Zn (s) ѧ Zn2+(aq, 1mol/l) + Cu (s) E° (pile) = E°réduction (cathode) E°réduction (anode) = + 0,34 V ( 0,76 V) = + 1,10 V www.lachimie.org 3LA PILE DE DANIELL
CALCUL DE LA FORCE ELECTROMOTRICE
Pour chaque demi-réaction, le potentiel standard de réduction fournit une mesure de la force motrice de la réduction qui se déroule : au plus la valeur de E° est positive, au plus grande est la force motrice de la réduction. Le couple qui réagit à la cathode possède une valeur de E°réduction plus gr plus grande force motrice de la demi-réaction cathodique est utilisée pour forcer la demi-réaction de -à-dire i être illustrée graphiquement de la façon suivante dans le cas de la pile de Daniell. Il est possible de mesurer et de mettre dans des tables les valeurs des potentiels standard de réduction pour une série de composés. ne pile, les valeurs des pour comprendre les réactions redox en phase aqueuse.Zn (s) + Cu2+ (aq) ҡ Zn2+ (aq) + Cu (s)
Exemple
filament de zinc dans une solution contenant des ions Cu2+ : le zinc métallique est oxydé en ions Zn2+ et les ions Cu2+ sont réduits en Cu métallique. Le potentiel standard de réduction des ions Cu2+ étant plus positif que celui des ions Zn2+, la réduction des ionsCu2+ par Zn est un processus spontané.
Cu2+ Zn www.lachimie.org 4LA PILE DE DANIELL
CALCUL DE LA FORCE ELECTROMOTRICE
Comme dans une pile, les réactifs se transforment en produits au fur et à mesure que celle-ci débite
du courant, les concentrations en ions évoluent f.e.m. de la pile est nulle enComment peut-on dès lors calculer la f.e.m.
réactifs et les produits ne sont plus dans les conditions standard ? On sait que : 1) des concentrations suivant la relation ci- contre : G = G° + RT lnQ (Q = quotient réactionnel) (1)2) Le travail requis pour déplacer une
conducteur dépend de la charge totale déplacée et de la ddp selon la relation :Travail (J) = charge (C) x ddp (V)
une quantité de charge de 96485 C, appelée le " Faraday » :1 mol e- AE 96485 C = 1 F
4) Dans la pile de Daniell, quand une
mole de zinc est dissoute, une mole de cuivre est déposée, nécessitant le vers le cuivre : produits et produite dans les conditions standard peut être déterminée :2mole e- AE 2 x 96485 C = 2 F
Energie produite (J) =
2 x 96485 (C) x 1,10 (V) = 212267 J
travail maximum utile que le système libre de Gibbs :G° = - n F E° (2)
n =F = le Faraday
E° = ddp maximale entre les électrodes (ou f.e.m. de la pile) dans les conditions standard. Le travail est négatif puisque en effectuant un travail.Par (1) et (2), nous pouvons écrire :
G = - n F E = - n F E° + RT ln Q
E = f.e.m. de la pile pour des concentrations différentes www.lachimie.org 5LA PILE DE DANIELL
CALCUL DE LA FORCE ELECTROMOTRICE
De cette relation, nous pouvons tirer la valeur de la f.e.m. de la pile :On passe au logarithme décimal :
On effectue :
E = E° - (RT/nF) lnQ
ҧ E = E° - (2,303RT/nF) logQ
ҧ E = E° - (0,0592/n) logQ (à T = 298 K)Equation de Nernst
Remarque : quand la f.e.m. de la pile est
nulle en raison de l réactifs, les concentrations ne varient plus et le système est :G = 0 AE E = 0 AE E° = (0,0592/n) log K
Pour la pile de Daniell, comparons les résultats expérimentaux avec les valeurs obtenues en
Concentrations Résultats expérimentaux Equation de Nernst E = 1,10 (0,0592/2) log ([Zn2+(aq)] / [Cu2+(aq)])