TP n°10 : Réalisation et étude de piles

On traitera le TP du livre pages 152 à 154.
Questions 1 à 20.

Monsieur, j'arrive pas à cerner précisément le fonctionnement de la pile. Si on prend par exemple la pile Zn/Zn2+//Cu2+/Cu, l'oxydation qui s'opère sur le zinc produit-elle indépendamment des électrons ? Je veux dire est-ce que de lui même le zinc va se mettre à s'oxyder ? Ou alors y a-t-il une sorte "d'appel d'air" de la part des ions cuivre, qui veulent se transformer ? Et est-ce que les électrons du zinc vont cheminer jusqu'aux ions cuivre ou bien sont-ils relayés par les électrons libres des fils conducteurs ?

En fait, je voudrais connaître le processus mis en jeu dans la pile au niveau électronique svp.

Non, le zinc ne se mettra pas de lui-même à s'oxyder. Pour que ce soit le cas, il faut qu'un courant électrique circule, c'est à dire qu'une réduction soit réalisée parallèlement. On ne peut pas raisonner en termes purement électronique car le courant est constitué d'une circulation d'ions dans certaines parties de la pile (et pas seulement d'électrons).

En résumé, tu ne peux avoir uniquement création d'électrons dans la pile, il y a forcément consommation d'électrons en parallèle. Le système est globalement neutre au départ et il le restera.

Merci, mais j'aimerai savoir si les électrons issus de l'oxydation du zinc sont ceux qui sont ensuite captés par les ions cuivre. Et est-ce que vous pourriez me dire comment le système se met en marche ? Quel est l'élément qui enclenche cette réaction en chaîne ?
Merci beaucoup

En fait, chaque demi-pile possède un potentiel électrique V différent ce qui induit un désiquilibre. Tant que la pile n'est pas branchée sur quelque chose par un circuit extérieur (à une lampe ou à un conducteur ohmique par exemple), il ne se passe rien : aucune réaction chimique ne se déclenche, la pile ne s'use pas. Mais dès que l'on branche quelque chose sur la pile, le circuit est fermé et une circulation de porteurs de charges va s'enclencher pour corriger ce déséquilibre. Ce sera fait quand la pile sera totalement usée et que Qr = K.

Édit : Waouh, je viens de remarquer que j'ai dépassé les 1000 posts !

Ok, tout est clair maintenant, je vous remercie.
Et félicitations pour les 1000 posts !

Bonsoir monsieur,
Je n'ai pas très bien compris la manière de procéder pour déterminer les quantités d'électrons échangés à partir d'un tableau d'avancement ...

Bon j'essaye de réexpliquer. Si on étudie la pile dans laquelle se produisent les réactions suivantes aux électrodes :
Cu = Cu2+ + 2 e-
Ag+ + e- = Ag (x2)
On obtient l'équation globale suivante : Cu + 2 Ag+ = Cu2+ + 2Ag
Soit le tableau d'avancement suivant :

Cu + 2Ag+ = Cu2+ + 2 Ag n(e-)
état initial ni(Cu) ni(Ag+) ni(Cu2+) ni(Ag) 0
état interm. ni(Cu)-x ni(Ag+)-2x ni(Cu2+)+x ni(Ag)+2x 2x

Il est très clair d'après la demi-équation du cuivre que, si une mole de cuivre réagit, deux moles d'électrons sont libérées. Donc, à l'état intermédiaire, puisqu'on a une quantité de cuivre égale à ni(Cu)-x, cela veut dire que x moles de cuivre ont réagi donc que le double, soit 2x moles d'électrons ont été libérées.

On peut faire le même raisonnement pour l'argent. D'après la demi-équation, une mole d'ion argent consomme une mole d'électron. Or, dans le tableau d'avancement à l'état intermédiaire, on a une quantité égale à ni(Ag+)-2x, ce qui veut bien dire que 2x moles d'ion argent ont été consommées. Le nombre de moles d'électrons consommés est identique d'après la demi-équation, soit encore 2x.

On trouve bien dans les cas n(e-)=2x.

Voilà, j'espère avoir réussi à t'éclairer un peu.

oui oui je comprend mieux.

Mais en même temps ça ne correspond pas aussi à la somme des coefficient multiplicateurs que l'on applique à chaque demi équations pour équilibrer le nombre d'électrons?

Dans le cas suivant on a:

( Cu2+(aq) +2e– =Cu(s) )×3
( Al(s) =Al3+(aq) +3e– )×2
==> 3 Cu2+(aq) + 2Al(s) = 3 Cu(s) + 2 Al3+(aq)

n(e-) serait donc égal avec ce raisonnement à 3x2=6

Non ... ?

au produit des coefficients je voulais dire plutot ^^

En fait, ça dépend. Dans certains exercices, il est demandé de raisonner sur les demi-équations électroniques. Par contre, si tu raisonnes sur l'équation globale, ce que tu dis est juste.