B- Les piles

 

1. La pile Daniell

 

● Au pôle négatif de la pile, appelé anode :

Demi-équation :                         Zn = Zn²⁺  + 2 e^–

Couple Oxydant / Réducteur :                  Zn²⁺ / Zn

           Le Zinc métal est oxydé et l’ion Zinc II se forme..

           On constate bien que les électrons « sortent » de la borne – de la pile.

 

● Au pôle positif de la pile, appelé cathode :

Demi-équation :                         Cu²⁺  + 2 e^– = Cu

Couple Oxydant / Réducteur :                  Cu²⁺ / Cu

           L’ion Cuivre II est réduit et le Cuivre métal se forme.

           On constate bien que les électrons « arrivent » à la borne + de la pile.

 

● Bilan de fonctionnement de la pile :

Cu²⁺  + Zn  " Cu + Zn²⁺

 

● Rôle du pont salin : (souvent une solution ionique gélifiée) : il permet la circulation du courant dans la pile par déplacement d’ions.

●  

Attention : les électrons libres ne se déplacent pas dans les solutions (mais seulement dans les métaux).

 

Animation

 

 

2. Pile à combustible

 

 

● A l’anode (–) :                        Couple H⁺ / H₂ :   H₂ = 2 H⁺ + 2 e^–

 

● A la cathode (+) :               Couple : O₂ / H₂O         O₂ + 4 H⁺ + 4 e^– = 2 H₂O

 

● Bilan :                                                                        O₂ + 2 H₂= 2 H₂O

 

 

Applications

● Piles miniatures  pour les ordinateurs portables (en développement)…

● Piles stationnaires pour les habitations, les sites isolés (puissance délivrée de quelques kW)

● Piles embarquées pour les moyens de transport (voiture à hydrogène)

 

Animation

 

3. Généralisation

Equations

● A l’anode (–)  : oxydation                               Red₁ =  Ox₁  + a e^–

 

● A la cathode (+) : réduction                           Ox₂ + b e^– = Red₂

 

● Bilan :                                                  b Red₁ + a Ox₂ " b Ox₁  +  a Red₂

 

 

Capacité d’une pile

avec :

● n : quantité d’électrons échangés (en mol) pendant la durée Dt

● N_A : nombre d’Avogadro N_A = 6,02.10²³ mol^-1 (c’est le nombre d’électrons contenus dans une mole)

● e : charge d’un électron e = 1,6.10^-19 C

● Q : quantité d’électricité disponible pendant la durée Dt (en C)

 

           On peut utiliser une autre relation :

avec :

● n : quantité d’électrons échangés (en mol) pendant la durée Dt

● F : le Faraday : F = N_A.e = 96500 C.mol^-1

● Q : quantité d’électricité disponible pendant la durée Dt (en C)

 

 

Application :

           Dans une pile Daniell, si on considère que 0,6 mol de Zinc sont consommées, déterminer alors la quantité d’électricité disponible.

           La demi-équation Zn = Zn²⁺ + 2 e^– montre que 0,6 mol de Zn libèrent 2´0,6 mol d’électrons, soit n=1,2mol libérés par l’anode de cette pile. Ainsi, on a :

Q = n.F = 1,2 ´ 86500 = 1,16.10⁴ C

 

 

 

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