pile

1. 1
Pile Electrochimique
EB 9
Fonctionnement de la pile electrochimique

2. Pile électrochimique
Définition :
 Une pile est un générateur qui convertit de l’énergie chimique en énergie électrique
grâce à des réactions d’oxydoréduction, qui permettent un transfert d’électrons de
l’anode ou borne (-) vers la cathode ou borne (+).
 Une pile est constituée de deux demi-piles, chacune constituée d’une électrode et d’une
solution électrolytique, reliées par un pont salin.
 Les électrodes d'une pile électrochimique (G) sont deux métaux M1 et M2. Le métal M1
a une tendance à perdre des électrons plus élevée que celle du métal M2. Une lame du
métal M1 sert comme anode à cette pile.
2

3. Pile Zn-Cu
3

4. Représentation schématique de la pile
M1-M2
La représentation schématique de la pile en
général est donnée ci-dessous :
 (-) M1|M1
n+ - pont salin - M2
m+|M2 (+)
4

5.  Pont salin :
 Définition : Le pont salin contient un électrolyte inerte du point de vue
électrochimique.
 Son rôle :
 il assure un circuit fermé.
 il permet donc la conduction d'un courant électrique entre les deux
demi-piles sans que les deux solutions ne se mélangent.
 il maintient l’électroneutralité des solutions dans les compartiments.
5

6. Différences entre anode et cathode :
6
Anode Cathode
S’écrit à gauche de la représentation de la pile S’écrit à droite de la représentation de la pile
Métal a plus de tendance à perdre des électrons (Métal
plus actif)
Métal a plus de tendance à gagner des électrons (Métal
moins actif)
Siege d’une réaction d’oxydation (n.o. augmente) Siege d’une réaction de réduction (n.o. diminue)
Masse de la lame diminue Masse de la lame augmente
Concentration des cations augmente alors la coloration
de la solution devient plus foncée
Concentration des cations diminue alors la coloration de
la solution devient plus claire
Flux d’électrons sortant Flux d’électrons entrant
Flux d’intensité entrant Flux d’intensité sortant
Pôle negative Pôle positive
Les anions du pont salin se déplacent vers le
compartiment de cette demi-pile
Les cations du pont salin se déplacent vers le
compartiment de cette demi-pile

7. Application 5 :
Annoter le schéma ci-dessous d’une pile
 Décrire la construction de la pile électrochimique représentée par le schéma (I).
 Les étapes pour la construction sont:
 Verser dans un bécher, une solution de sulfate de zinc (Zn2+ + SO4
2-) et y plonger une lame
de Zn.
 Verser, dans un autre bécher, d’une solution de sulfate de cuivre (Cu2+ + SO4
2-) et y plonger
une lame de Cu.
 Relier les deux solutions par un pont salin.
 Relier la lame de zinc et la lame de cuivre au moyen des fils de connexion en intercalant une
lampe et un interrupteur.
7

8.  Préciser la demi-pile anodique.
 La lame du zinc s’oxyde et se transforme en ions Zn2+ qui passent en solution.
Alors la concentration en ion zinc (II) augmente au cours du temps et la lame
perd de sa matière, et sa masse diminue. Donc l’anode est la demi-pile de zinc
(lame de zinc).
8

9.  La pile électrochimique est mise en fonctionnement.

– 1-Écrire la demi-équation électronique à la cathode et la demi-équation
électronique à l’anode de cette pile électrochimique.
 À l’anode (demi-équation d’oxydation ou anodique) : Zn → Zn2+ + 2e-
 A la cathode (demi-équation de réduction ou cathodique) : Cu2+ + 2e- → Cu
 2-Déduire l’équation bilan de la réaction qui a eu lieu.
Les demi-équations électroniques se produisent simultanément. Les électrons échangés
sont conservés c’est-à-dire le nombre d’électrons perdus est égal au nombre d’électrons
gagnés :
 Zn → Zn2+ + 2e-
 Cu2+ + 2e- → Cu
L’équation bilan de la réaction globale est: Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu
 3-Déduire lequel des deux métaux, le zinc ou le cuivre, qui a une plus grande
tendance à perdre des électrons.
 Le Zn cède des électrons à l'ion Cu2+, le métal Zn a une plus grande tendance à perdre
des électrons que le métal cuivre
9

10. 4 -Expliquer pourquoi la lame de zinc devient plus mince et la lame de cuivre devient
plus épaisse.
 Au cours du fonctionnement de la pile, Zn subit une oxydation alors Zn va perdre deux
électrons et se transforme en ions Zn2+ qui passe dans la solution, alors la lame devient
plus mince.
 Les ions Cu2+ capte les électrons cédés par Mg et se transforme en Cu métal qui se
dépose sur la lame de cuivre par suite la lame devient plus épaisse.
5- Expliquer pourquoi la couleur de la solution Zn2+ plus foncée et la solution Cu2+
devient plus claire.
 Zn subit une oxydation alors Zn va perdre deux électrons et se transforme en ions Zn2+
qui passe dans la solution, alors la quantité de Zn2+ dans la solution augmente par suite
la couleur de la solution devient plus foncée.
 D’autre part les ions Cu2+ présent dans la solution captent les électrons cédé par Zn et se
transforment en Cu alors la quantité de Cu2+ dans la solution diminue par suite la
couleur de la solution devient plus claire
10

11. 6- Le pont salin contient une solution gélifiée de chlorure de potassium (K++ Cl-).
Expliquer pourquoi les anions Cl- du pont salin se déplacent vers la demi-pile anodique
et les cations K+ du pont salin se déplacent vers la demi-pile cathodique.
 Les électrons n’existent pas à l’état libre dans les solutions aqueuses électrolytiques.
Dans les solutions comme dans le pont salin, la circulation du courant est assurée par un
déplacement d’ions.
 Dans la demi-pile anodique, l’atome de Zinc s’oxyde en Zn2+ dans la solution alors la
quantité de charges positives de Zn2+ augmente; pour équilibrer cette augmentation de
charges positives (électroneutralité de la solution), les ions chlorure du pont salin se
déplacent vers la solution de cette demi-pile.
 Dans la demi-pile cathodique, les ions Cu2+ se réduisent en Cu, alors la quantité de
charges positives Cu2+ diminue dans la solution et l’électroneutralité électrique de la
solution est assurée par l’arrivée des ions K+ (cations) en provenance du pont salin.
7 -Écrire la représentation schématique de cette pile.
 La représentation schématique de la pile est: Zn|Zn2+ - pont salin - Cu2+| Cu
11

12. 8- Préciser si la pile fonctionne lorsqu'on remplace le pont salin par
un fil en cuivre.
 Le fil de cuivre ne permet pas la migration des ions et par suite il
n'accomplit pas le circuit.
9- Expliquer ce qui se passe lorsqu'un étudiant construit la pile ci-
dessus, mais en plongeant l'électrode de zinc dans la solution de
sulfate de cuivre (II) et l'électrode de cuivre dans la solution de sulfate
de zinc.
 La lame Zn est plongée dans une solution contenant des ions Cu2+ les
électrons sont échangés entre le métal zinc qui est en contact direct
avec les cations Cu2+ dans la solution aqueuse, l'énergie est libérée
sous forme de chaleur.
 La lame Cu est plongée dans une solution contenant des ions Zn2+.
Aucune réaction n’a lieu, le métal cuivre Zn est plus réducteur que Cu.
12

13. Le document-2 classe les quatre métaux Ag, Cu, Fe et Zn selon leur ordre croissant
à perdre des électrons. Préciser le métal qui va produire avec le zinc une pile ayant
la plus grande tension.
Dans une pile électrochimique, plus la différence de la tendance à perdre des électrons
des métaux servant comme électrodes est grande, plus la tension (voltage) de la pile
électrochimique est grande. Alors la différence dans la tendance à perdre des électrons
entre les métaux (Zn et Ag) est la plus grande, donc, la pile formée par Ag-Zn aura la
tension la plus grande
13
Tendance croissante à
perdre des électrons
Ag Cu Fe Zn

14. 14
Fonctionnement de la pile Cuivre/Zinc
Pont salin
Zn
Cu
conducteur
les actes présentés comme successifs sont en fait simultanés
NO3
-
K+
NO3
-
K+
2e-
Cu2+
2e-
Zn2+
2e-
A
I
+ -