Mise en mouvement - Académie de Strasbourg

Fiche professeur |Tronc commun Term STL STI2D |Sous-thème : |
|Thème |Mise en mouvement |
|Transport | |
TP. Comment Fonctionne un accumulateur ?
Type d'activité : étude documentaire suivie d'une activité expérimentale
Conditions de mise en ?uvre : Les élèves travaillent par binôme dans une
salle de TP de chimie. Durée indicative : 1,5 h
Pré- requis :
- Savoir définir : oxydant, réducteur, oxydation, réduction,
couple oxydant/réducteur
- Savoir identifier : oxydant, réducteur, oxydation,
réduction, couple oxydant/réducteur
- Ecrire une équation d'oxydoréduction
- Savoir brancher un ampèremètre et un voltmètre
- Connaître le sens de circulation du courant et des porteurs
de charges électriques dans un circuit
|NOTIONS ET CONTENUS |COMPETENCES ATTENDUES |
|Transformation chimique et | |
|transfert d'énergie sous forme |- Identifier l'oxydant et le |
|électrique. |réducteur mis en jeu dans une pile |
|Piles, accumulateurs, piles à |à partir de la polarité de la pile |
|combustibles |ou des couples oxydant/réducteur |
| |- Ecrire les équations des |
| |réactions aux électrodes |
| |- Expliquer le fonctionnement d'un |
| |accumulateur |
| | |
| | |
Compétences transversales : - Communiquer à l'aide d'un langage adapté.
- Raisonner, argumenter
- Travailler en autonomie
- Travailler en équipe
- Présenter la démarche suivie, les résultats obtenus,
communiquer à l'aide d'un langage adapté. Mots clés de recherche : pile, accumulateur, pile à combustible, transfert
d'énergie, oxydation, réduction, activité expérimentale Provenance : Académie de Strasbourg
Adresse du site académique : http://www.ac-
strasbourg.fr/disciplines/physchim
Liste du matériel par binôme : > 3 béchers de 250 mL
> 1 fil d'argent
> 1 lame de cuivre
> 1 multimètre
> 2 pinces croco
> 7 fils
> 1 pont salin (gel) dans KNO3
> 1 résistance R = 10 ?
> 1 générateur de tension continue
Sur la paillasse du professeur : > solution KNO3? 0,5M
> solution CuSO4 ? 0,5M
> solution AgNO3? 0,5M
> solution NaCl ? 0,5M
> 2 bidons de récupération
|Terminale |Thème : Transport |
|STL STI2D | |
| |Sous-thème : Mise en mouvement | Objectifs :
- Expliquer le fonctionnement d'un accumulateur électrique.
- Ecrire des équations d'oxydoréduction
But : Réaliser un accumulateur électrique et comprendre son fonctionnement.
Sur quel principe repose la recharge d'un accumulateur ?
1. Questions préliminaires On étudie la pile schématisée ci-dessous :
< Q1. Indiquer, sur le schéma 1, le sens de circulation du courant
électrique.
< Q2. Indiquer, sur le schéma 1, le sens de circulation des électrons.
< Q3. Ecrire les demi équations qui ont lieu à chaque électrode,
préciser quel type de réaction d'oxydoréduction est concerné. < Q4. En déduire l'équation de la réaction de fonctionnement de cette
pile.
< Q5. En déduire la composition du système quand la pile est
complètement usée.
< Q6. Proposer une expérience permettant de simuler cette pile
usée. 2. Réalisation de la pile usée > Réaliser le montage proposé à la question Q5. > Réaliser la mesure permettant de vérifier que la pile est bien usée.
Noter le résultat. < Q7. Comment pourrait-on la recharger ? 3. Recharge de la pile usée > Réaliser le montage proposé ci-contre : > Régler la tension du générateur à environ 6 V. > Laisser l'interrupteur sur la position 2 pendant environ 15 minutes. < Noter la valeur et le signe de l'intensité i du courant dans le
circuit. < Q8. Indiquer, sur le schéma 2, le sens de circulation du courant
électrique.
< Q9. Indiquer, sur le schéma 2, le sens de circulation des électrons.
< Q10. Ecrire les demi équations qui ont lieu à chaque électrode et
indiquer leur nom.
< Q11. En déduire l'équation de la réaction qui se déroule dans ce
système. Comparer avec l'équation de la réaction de fonctionnement de
cette pile.
Au bout d'une quinzaine de minutes : > Prélever un peu de solution du bécher de gauche et verser dans un tube à
essai.
Ajouter quelques gouttes de solution de chlorure de sodium.
< Observer et conclure. > Sortir l'électrode de cuivre du bécher.
< Observer et conclure. > Basculer l'interrupteur en position 1.
< Conclure. Noter la valeur de l'intensité affichée par
l'ampèremètre. < Q12. Quel est l'avantage des accumulateurs par rapport aux
piles ?
< Q13. Quel autre nom peut-on donner à un accumulateur ? Eléments de correction 4. Questions préliminaires On étudie la pile schématisée ci-dessous :
< Q1. Indiquer, sur le schéma 1, le sens de circulation du courant
électrique.
< Q2. Indiquer, sur le schéma 1, le sens de circulation des électrons.
< Q3. Ecrire les demi équations qui ont lieu à chaque électrode et
indiquer leur nom. Pôle + : les électrons arrivent donc Ag+ gagne des électrons : c'est une
réduction
Ag+(aq) + e- = Ag(s) Pôle - : les électrons partent donc Cu perd des électrons : c'est une
oxydation
Cu(s) = Cu2+(aq) + 2e- < Q4. En déduire l'équation de la réaction de fonctionnement de cette
pile. Ag+(aq) + e- = Ag(s)
Cu(s) = Cu2+(aq) + 2e- Transfert d'électrons donc : 2 Ag+(aq) + Cu(s) ( 2Ag(s) + Cu2+(aq) < Q5. En déduire la composition du système quand la pile est
complètement usée. Quand la pile est complètement usée, tous les ions argent auront disparu. < Q6. Proposer une expérience permettant de simuler cette pile
usée. 5. Réalisation de la pile usée > Réaliser le montage proposé à la question Q5. > Réaliser la mesure permettant de vérifier que la pile est bien usée.
Noter le résultat. < Q7. Comment pourrait-on la recharger ? Il faut régénérer les ions Ag+ et donc inverser le sens de circulation des
électrons
6. Recharge de la pile usée > Réaliser le montage proposé ci-contre : > Régler la tension du générateur à environ 6 V. > Laisser l'interrupteur sur la position 2 pendant environ 15 minutes. < Noter la valeur et le signe de l'intensité i du courant dans le
circuit. < Q8. Indiquer, sur le schéma 2, le sens de circulation du courant
électrique.
< Q9. Indiquer, sur le schéma 2, le sens de circulation des électrons.
< Q10. Ecrire les demi équations qui ont lieu à chaque électrode et
indiquer leur nom.
Pôle + : les électrons partent donc Ag perd des électrons : c'est une
oxydation
Ag(s) = Ag+(aq) + e- Pôle - : les électrons arrivent donc Cu2+ gagne des électrons : c'est une
réduction
Cu2+(aq) + 2e- = Cu(s)
< Q11. En déduire l'équation de la réaction qui se déroule dans ce
système. Comparer avec l'équation de la réaction de fonctionnement de
cette pile.
Ag(s) = Ag+(aq) + e-
Cu2+(aq) + 2e- = Cu(s) Transfert d'électrons donc : 2Ag(s) + Cu2+(aq) ( 2 Ag+(aq) + Cu(s) Au bout d'une quinzaine de minutes : > Prélever un peu de solution du bécher de gauche et verser dans un tube à
essai.
Ajouter quelques gouttes de solution de chlorure de sodium.
< Observer et conclure. Formation d'un précipité blanc qui noircit à la lumière donc présence
d'ions Ag+ : les ions Ag+ ont été régénérés > Sortir l'électrode de cuivre du bécher.
< Observer et conclure. Dépôt rouge orangé sur l'électrode de cuivre donc formation de cuivre : le
cuivre métallqiue a été régénéré > Basculer l'interrupteur en position 1.
< Conclure. Noter la valeur de l'intensité affichée par
l'ampèremètre. I = donc du courant circule à nouveau : l'accumulateur a été rechargé < Q12. Quel est l'avantage des accumulateurs par rapport aux
piles ? Une pile usée ne oeut être rechargé alors qu'un accumulateur peut subir
plusieurs cycles de charges et décharges.
< Q13. Quel autre nom peut-on donner à un accumulateur ?
Batterie ; « pile rechargeable » -----------------------
Activité expérimentale :
Comment Fonctionne un accumulateur électrique ?
+ Pont salin 10? Solution de sulfate de cuivre
?????????????++++++++++++????????????????+??????????????????????????????????
+????????????????????????????????????? (Cu2+(aq) + SO42-(aq))
( ) Solution de nitrate d'argent (Ag+(aq) + NO3-(aq)) plaque de cuivre Cu(s) fil d'argent : Ag(s) mA
Un accumulateur est un système électrochimique qui fournit de l'énergie
électrique à un circuit électrique lorsqu'il évolue de façon spontanée : il
joue