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“MPSI-fin” — 2013/7/22 — 9:45 — page 531 — #539
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ÉTUDE DES PILES
Zn
2+
/ mol·L −1 5, 00.10 −3 5, 00.10 −2 5, 00.10 −1 5, 00.10 −1
Cu
2+
/ mol·L −1 5, 00.10 −1 5, 00.10 −1 5, 00.10 −2 5, 00.10 −3
f .e.m. / V
1,16
1,11
1,09
1,04
Les aspects quantitatifs seront développés plus loin.
Fonctionnement de la pile, interprétation
La réaction spontanée engageant le zinc Zn(s) et les ions cuivre(II) Cu
2+ a été vue précédemment (lors du contact d’une lame de zinc avec une solution d’ions cuivre(II) Cu
2+ ) :
Zn(s) + Cu
2+
=
Zn
2+
+ Cu (s).
Dans ce cas, le système siège de la réaction chimique est susceptible d’échanger de l’énergie avec le milieu extérieur (essentiellement un transfert thermique au solvant). Dans la pile
étudiée les couples oxydant-réducteur Cu
2+ /Cu(s) et Zn 2+ /Zn(s) sont séparés : il n’y a plus
d’interface entre la lame de zinc et la solution contenant les ions Cu
2+ . L’échange électronique a toujours lieu entre l’électrode de zinc et la solution d’ions cuivre (II) Cu
2+ mais cet
échange oblige une circulation d’électrons dans le circuit extérieur. De cette façon le flux
d’énergie est canalisé : les électrons transportent une énergie exploitable sous forme électrique. Le fonctionnement de la pile est résumé sur la figure 9.5.
anions
cations
Résistance R
électrons
électrons
Cu
Zn
Zn 2+
Zn
Cu
Cu 2+
FIGURE 9.5 – Fonctionnement de la pile DANIELL
À l’interface zinc/solution a lieu l’oxydation :
Zn (s)
=
Zn
2+
+ 2 e
−
(anode),
les électrons sont libérés dans le circuit extérieur. Parvenant à l’électrode de cuivre, une
réduction des ions cuivre(II) Cu
2+ a lieu selon :
Cu
2+
+ 2 e
−
=
Cu (s)
(cathode).
L’attaque de l’électrode de zinc et la décoloration de la solution bleue d’ions cuivre(II)
Cu
2+ sont ainsi expliquées. Notons le caractère indispensable du pont salin, qui maintient
l’électroneutralité des deux demi-piles. Dans le pont salin les ions sont en mouvement, les
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Zn
2+
/ mol·L −1 5, 00.10 −3 5, 00.10 −2 5, 00.10 −1 5, 00.10 −1
Cu
2+
/ mol·L −1 5, 00.10 −1 5, 00.10 −1 5, 00.10 −2 5, 00.10 −3
f .e.m. / V
1,16
1,11
1,09
1,04
Les aspects quantitatifs seront développés plus loin.
Fonctionnement de la pile, interprétation
La réaction spontanée engageant le zinc Zn(s) et les ions cuivre(II) Cu
2+ a été vue précédemment (lors du contact d’une lame de zinc avec une solution d’ions cuivre(II) Cu
2+ ) :
Zn(s) + Cu
2+
=
Zn
2+
+ Cu (s).
Dans ce cas, le système siège de la réaction chimique est susceptible d’échanger de l’énergie avec le milieu extérieur (essentiellement un transfert thermique au solvant). Dans la pile
étudiée les couples oxydant-réducteur Cu
2+ /Cu(s) et Zn 2+ /Zn(s) sont séparés : il n’y a plus
d’interface entre la lame de zinc et la solution contenant les ions Cu
2+ . L’échange électronique a toujours lieu entre l’électrode de zinc et la solution d’ions cuivre (II) Cu
2+ mais cet
échange oblige une circulation d’électrons dans le circuit extérieur. De cette façon le flux
d’énergie est canalisé : les électrons transportent une énergie exploitable sous forme électrique. Le fonctionnement de la pile est résumé sur la figure 9.5.
anions
cations
Résistance R
électrons
électrons
Cu
Zn
Zn 2+
Zn
Cu
Cu 2+
FIGURE 9.5 – Fonctionnement de la pile DANIELL
À l’interface zinc/solution a lieu l’oxydation :
Zn (s)
=
Zn
2+
+ 2 e
−
(anode),
les électrons sont libérés dans le circuit extérieur. Parvenant à l’électrode de cuivre, une
réduction des ions cuivre(II) Cu
2+ a lieu selon :
Cu
2+
+ 2 e
−
=
Cu (s)
(cathode).
L’attaque de l’électrode de zinc et la décoloration de la solution bleue d’ions cuivre(II)
Cu
2+ sont ainsi expliquées. Notons le caractère indispensable du pont salin, qui maintient
l’électroneutralité des deux demi-piles. Dans le pont salin les ions sont en mouvement, les
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