La tension à vide d'une pile dépend fortement des espèces chimiques mises en jeu dans les demi-équations d'oxydoréduction. Mais la nature des espèces n'est pas le seul paramètre d'influence.

La tension à vide est la tension mesurée aux bornes de la pile lorsque celle-ci ne débite aucun courant. Par conséquent, lors de cette mesure, la pile n'est reliée à aucun autre dipôle.

La tension à vide est mesurée en branchant un voltmètre à l'anode et à la cathode.

• Couples d'oxydoréduction : ${\text{Cu}}^{2+}\text{(aq)/Cu(s)}$ et ${\text{Ag}}^{+}\text{(aq)/Ag(s)}$

• Deux grands béchers de 200 mL
• Fil d'argent $\text{Ag(s)}$
• Fil de cuivre $\text{Cu(s)}$
• Quatre solutions de nitrate d'argent $({\text{Ag}}^{+}(\text{aq}){\text{ ; NO}}_3^{-})$ à :
  • $c=1,0$ mol⋅L^-1,
  • $c_1=1,0\times 10^{-1}$ mol⋅L^-1,
  • $c_2=1,0\times 10^{-2}$ mol⋅L^-1,
  • $c_3=1,0\times 10^{-3}$mol⋅L^-1
• Solution de sulfate de cuivre (${\text{Cu}}^{2+}\text{(aq)}$ ; ${\text{SO}}_4^{2-}\text{(aq)}$) à $1,0$ mol⋅L^-1
• Multimètre
• Pont salin
• Quelques fils de connexion
• Deux pinces crocodiles

Dans une pile, la réaction chimique est lente. Afin d'étudier son usure rapidement, il est possible de réaliser plusieurs piles avec différents états initiaux simulant des degrés d'usure variés.

En effet, lors du fonctionnement de la pile, un transfert d'électrons entre l'anode et la cathode se fait par l'intermédiaire du circuit extérieur. Cela entraîne la consommation des réactifs, et donc l'usure de la pile.

1

Réalisation de la pile (20 minutes conseillées)
1. Proposer un protocole expérimental permettant de réaliser une pile à partir du matériel à disposition.

2. Mettre en oeuvre le protocole permettant de réaliser la pile.
3. Mettre sa tension à vide.

2

Simulation d'usure (40 minutes conseillées)
4. Compléter le tableau d'avancement de la réaction chimique mise en œuvre dans la pile cuivre‑argent et calculer les avancements maximaux pour chaque solution de nitrate d'argent (${\text{Ag}}^{+}\text{(aq)}$ ; ${\text{NO}}_3^{-}\text{(aq)}$) disponible.

Équation de réaction	$2{\text{Ag}}^{+}\text{(aq)}$	$+$	$\text{Cu(s)}$	$\leftrightarrows$	${\text{Cu}}^{2+}\text{(aq)}$	$+$	$2\text{Ag(s)}$
État initial			excès				excès
État selon l'avancement $\mathbf{x}$			excès				excès

5. Proposer un protocole expérimental permettant de simuler l'usure de la pile.

6. Mettre en œuvre le protocole permettant de simuler l'usure d'une pile et mesurer à chaque fois la tension à vide.

7. Tracer l'évolution de la tension à vide E en fonction de la concentration en ion argent ${\text{Ag}}^{+}\text{(aq)}$, notée ${\text{[Ag}}^{+}]$.

8. En déduire comment évolue la tension à vide au cours de l'utilisation d'une pile.

Défaire le montage et ranger la paillasse

Se Préparer aux ECE

Schématiser les différents éléments constitutifs d'une pile en précisant où se produisent l'oxydation et la réduction. Lister tous les paramètres pouvant, à terme, interrompre le fonctionnement de la pile.