17.13 Pile de concentration
293
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
(on met toujours à gauche le couple oxydé et à droite le couple réduit).
La concentration des ions Fe 2ϩ est fixée ; elle correspond aux conditions de référence, de sorte
que le potentiel du couple Fe 2ϩ /Fe est – 0,44 V /ESH . Il faut donc chercher à partir de quelle
concentration des ions Cd 2ϩ on aura E Cd
2ϩ /Cd
– < – 0,44 V /ESH .
Cette condition se traduit par celle-ci :
E Cd
2ϩ /Cd
– ϭ
< – 0,44 V /ESH
d’où l’on tire c(Cd 2ϩ ) < 0,05 mol.L –1 .
Si la concentration en ions Cd 2ϩ est inférieure à 5.10 –2 mol.L –1 , le cadmium devient l’anode et
le fer la cathode ; lorsque la pile débite, elle est le siège de la réaction Cd ϩ Fe 2ϩ Æ Cd 2ϩ ϩ Fe.
Exercice 17.13 Pile de concentration
On peut constituer une pile associant deux demi-piles correspondant au même
couple, par exemple Cu 2ϩ /Cu mais dont les deux compartiments contiennent
des solutions d’ions Cu 2ϩ de concentrations différentes.
Que se passe-t-il lorsque cette pile débite (évolution des concentrations, sens
du déplacement des électrons et du courant, polarité des électrodes ) ? Vers
quel état d’équilibre évolue-t-elle ?
(Répondez sans formule ni calcul).
Solution
■ De quoi dépend le potentiel d’un métal donné par rapport à une solution de ses
ions ?
Le potentiel d’un métal plongé dans une solution de ses ions dépend de la concentration de cette
solution (et de la température, qui n’est pas en cause ici). Il est donc normal que les deux électrodes de cuivre de cette pile ne soient pas au même potentiel et que la pile ait une f.é.m. non
nulle.
L’évolution est prévisible sur la base du principe très général selon lequel les variables intensives
tendent à prendre la même valeur dans toutes les parties d’un système, pour réaliser un état
d’équilibre (c’est bien connu en ce qui concerne la température). Le potentiel d’électrode en est
une [Ex. 17.9] et par conséquent la pile est le siège de la transformation qui tend à égaliser les
concentrations dans les deux compartiments.
Dans le compartiment de la solution la moins concentrée, il se produit la réaction Cu Æ Cu 2ϩ ϩ
2e – (oxydation) et la concentration des ions Cu 2ϩ augmente. Son électrode est l’anode et elle
constitue le pôle négatif de la pile.
Ce potentiel est-il une grandeur extensive ou intensive ?
En l’absence, évidente, de toute possibilité de transformation chimique (un seul
élément est présent…) deux hypothèses seulement sont possibles : ou les concentrations tendent à devenir plus différentes, ou elles tendent à s’égaliser. L’une de ces
deux hypothèses n’est-elle pas plus raisonnable que l’autre ?
0,40 V /ESH
–
0,06 V
2
--------------- - log
1
Cd
2+
[
]
---------------–
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© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
(on met toujours à gauche le couple oxydé et à droite le couple réduit).
La concentration des ions Fe 2ϩ est fixée ; elle correspond aux conditions de référence, de sorte
que le potentiel du couple Fe 2ϩ /Fe est – 0,44 V /ESH . Il faut donc chercher à partir de quelle
concentration des ions Cd 2ϩ on aura E Cd
2ϩ /Cd
– < – 0,44 V /ESH .
Cette condition se traduit par celle-ci :
E Cd
2ϩ /Cd
– ϭ
< – 0,44 V /ESH
d’où l’on tire c(Cd 2ϩ ) < 0,05 mol.L –1 .
Si la concentration en ions Cd 2ϩ est inférieure à 5.10 –2 mol.L –1 , le cadmium devient l’anode et
le fer la cathode ; lorsque la pile débite, elle est le siège de la réaction Cd ϩ Fe 2ϩ Æ Cd 2ϩ ϩ Fe.
Exercice 17.13 Pile de concentration
On peut constituer une pile associant deux demi-piles correspondant au même
couple, par exemple Cu 2ϩ /Cu mais dont les deux compartiments contiennent
des solutions d’ions Cu 2ϩ de concentrations différentes.
Que se passe-t-il lorsque cette pile débite (évolution des concentrations, sens
du déplacement des électrons et du courant, polarité des électrodes ) ? Vers
quel état d’équilibre évolue-t-elle ?
(Répondez sans formule ni calcul).
Solution
■ De quoi dépend le potentiel d’un métal donné par rapport à une solution de ses
ions ?
Le potentiel d’un métal plongé dans une solution de ses ions dépend de la concentration de cette
solution (et de la température, qui n’est pas en cause ici). Il est donc normal que les deux électrodes de cuivre de cette pile ne soient pas au même potentiel et que la pile ait une f.é.m. non
nulle.
L’évolution est prévisible sur la base du principe très général selon lequel les variables intensives
tendent à prendre la même valeur dans toutes les parties d’un système, pour réaliser un état
d’équilibre (c’est bien connu en ce qui concerne la température). Le potentiel d’électrode en est
une [Ex. 17.9] et par conséquent la pile est le siège de la transformation qui tend à égaliser les
concentrations dans les deux compartiments.
Dans le compartiment de la solution la moins concentrée, il se produit la réaction Cu Æ Cu 2ϩ ϩ
2e – (oxydation) et la concentration des ions Cu 2ϩ augmente. Son électrode est l’anode et elle
constitue le pôle négatif de la pile.
Ce potentiel est-il une grandeur extensive ou intensive ?
En l’absence, évidente, de toute possibilité de transformation chimique (un seul
élément est présent…) deux hypothèses seulement sont possibles : ou les concentrations tendent à devenir plus différentes, ou elles tendent à s’égaliser. L’une de ces
deux hypothèses n’est-elle pas plus raisonnable que l’autre ?
0,40 V /ESH
–
0,06 V
2
--------------- - log
1
Cd
2+
[
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