EXERCICE I. La pile sous toutes ses faces (6,5pts)

EXERCICE I. LA PILE SOUS TOUTES SES FACES (6,5 points)
Amérique du sud 11/2008 CORRECTION ©
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1. La pile Daniell.
1.1. Voir figure 1 ci-contre.
énoncé :« L'électrode positive de cette pile est l'électrode de cuivre. »

1.2. oxydation anodique : Zn(s) = Zn2+(aq) + 2 e -
réduction cathodique : Cu2+(aq) + 2 e - = Cu(s)

1.3. Équation de la réaction de fonctionnement de la pile
Cu2+(aq) + Zn(s) = Cu(s) + Zn2+(aq)
1.4.1. Qr = [pic]
1.4.2. Qr,i = [pic] = 1

1.4.3. Qr,i < K, le système chimique évolue spontanément dans le sens
direct de l'équation.
Le zinc se transforme en ions zinc (II) et libère des électrons, la plaque
de zinc est la borne négative de la pile.
1.5. Il y a consommation d'ions Cu2+, donc [Cu2+(aq)] diminue.
Il y a production d'ions Zn2+, alors [Zn2+(aq)] augmente.
1.6. Les ions du pont salin se déplacent afin de maintenir
l'électroneutralité des solutions dans les bechers.
Les cations K+ se déplacent vers la cathode. Les anions NO3- se déplacent
vers l'anode.

2. L'accumulateur au plomb.
réaction fonctionnement accumulateur en générateur : PbO2(s) + 4 H+(aq) +
Pb(s) = Pb2+(aq) + Pb2+(aq) + 2 H2O(l)
2.1. couple Pb2+(aq)/Pb(s) oxydation du plomb Pb(s) = Pb2+(aq) + 2 e -
couple PbO2(s) / Pb2+(aq) réduction de l'oxyde de plomb PbO2(s) + 4
H+ + 2 e - = Pb2+(aq) + 2H2O(l)
Remarque : les demi-équations ne sont pas demandées, mais elles sont
nécessaires pour vérifier la cohérence des couples avec l'équation de la
réaction.
On s'intéresse dans ce qui suit à la charge de l'accumulateur.
2.2.






2.3. Il s'agit d'une transformation forcée, le générateur impose le sens du
courant.
2.4. Le chargeur par son apport d'énergie, permet de réaliser la réaction
dans le sens inverse au sens d'évolution spontanée. L'équation est :
Pb2+(aq) + Pb2+(aq) + 2 H2O(l) = PbO2(s) + 4 H+(aq) + Pb(s)
2.5. Spontanément, le système chimique évoluerait dans le sens inverse de
la réaction ci-dessus. Qr > K.
Qr diminuerait pour tendre vers K.
La transformation étant forcée, le quotient de réaction augmente et sa
valeur s'éloigne de celle de K.
3. La pile à combustible à hydrogène
3.1. n(H2) = [pic] avec m en g.
n(H2) = [pic] = 1,25(103 mol = 1,3(103 mol
3.2. D'après la demi-équation d'oxydation de H2 : n(H2) = [pic], ou n(e -)
= 2.n(H2).
n(e -) = 2(1,25(103 = 2,5(103 mol
3.3. Q = n(e -).F
Q = 2,5(103 ( 9,65(104 = 2,4(108 C
Q = I.(t
I = [pic]
I = [pic] = 1,0(104 A on utilise la valeur non arrondie de Q, on
convertit (t en s
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Accumulateur au plomb

Figure 2

Générateur (chargeur)

i

+

-

cathode Cu

anode
Zn

-

+

R


ions Cu2+(aq)

ions Zn2+(aq)

[pic]

[pic]

[pic]

Figure 1

I

e -

e -

consommation des e- apportés, il se produit une réduction. C'est la
cathode.

libération d'e-, il se produit une oxydation. C'est l'anode.