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Fabrication d'une pile cuivre-zinc
P.152

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ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE
60 minutes

3
Fabrication d’une pile cuivre‑zinc




Les piles électriques alimentent de nombreux appareils. Elles sont devenues indispensables à notre quotidien.

➜ Comment fonctionne une pile ?


Objectifs

  • Réaliser, modéliser, schématiser une pile et déterminer ses caractéristiques.


Doc. 1
Protocole et schéma de la pile

Schéma d'une pile

  • Verser 5050 mL de sulfate de zinc (Zn2+(aq)(\text{Zn}^{2+}\text{(aq)} ; SO42(aq))\mathrm{SO}_{4}^{2-}\text{(aq)}) dans le bécher nommé « Zn\text{Zn} ».
  • Verser 5050 mL de sulfate de cuivre (Cu2+(aq)(\text{Cu}^{2+}\text{(aq)} ; SO42(aq))\mathrm{SO}_{4}^{2-}\text{(aq)}) dans le bécher nommé « Cu\text{Cu} ».
  • Placer la lame de cuivre Cu(s)\text{Cu(s)} dans le bécher « Cu\text{Cu} »
  • Placer la lame de zinc Zn(s)\text{Zn(s)} dans le bécher « Zn\text{Zn} »
  • Relier les deux béchers à l’aide du pont salin.
  • Brancher le voltmètre comme indiqué sur le schéma.

Doc. 2
Matériel nécessaire

  • Deux béchers de 150 mL, nommés « Cu\text{Cu} » et « Zn\text{Zn} »
  • Solution de sulfate de zinc (Zn2+(aq)(\text{Zn}^{2+}\text{(aq)} ; SO42(aq))\mathrm{SO}_{4}^{2-}\text{(aq)}) à 0,1 mol⋅L-1
  • Solution de sulfate de cuivre (Cu2+(aq)(\text{Cu}^{2+}\text{(aq)} ; SO42(aq))\mathrm{SO}_{4}^{2-}\text{(aq)}) à 0,1 mol⋅L-1
  • Lame de zinc et lame de cuivre
  • Pont salin (K+(aq)(\text{K}^{+}\text{(aq)} ; NO3(aq))\mathrm{NO}_{3}^{-}\text{(aq)})
  • Fils de connexion
  • Résistor de 1010 Ω\Omega
  • Deux pinces crocodiles
  • Multimètre

Doc. 3
Capacité électrique

Photo de deux piles
La capacité électrique est la charge électrique maximale QmaxQ_\text{max} que peut fournir une pile. Elle dépend de la quantité de matière d’électrons mis en jeu :

Qmax=neFQ_\text{max} = n_\text{e} ⋅ F
QmaxQ_\text{max} : capacité électrique de la pile (C)
nen_\text{e} : quantité de matière d’électrons mis en jeu (mol)
FF : constante de Faraday égale à F=9,65×104F = 9{,}65 \times 10^4 C·mol-1

Données

  • Couples d'oxydoréduction : Cu2+(aq)/Cu(s)\text{Cu}^{2+}\text{(aq)/Cu(s)} et Zn2+(aq)/Zn(s)\text{Zn}^{2+}\text{(aq)/Zn(s)}

Compétences

REA : Mettre en œuvre un protocole

VAL : Respecter le nombre de chiffres significatifs

Questions

1. À partir du signe de la tension mesurée aux bornes de la pile, déterminer la polarité des électrodes.


2. Remplacer le voltmètre par le resistor et un ampèremètre en série. En fonction du signe de l’intensité mesurée, en déduire le sens du courant électrique.


3. Retirer le pont salin et refaire la mesure. En déduire le rôle du pont salin. Préciser les espèces qui circulent dans le pont salin.


4. Dans un conducteur métallique, le courant correspond à un déplacement d’électrons.
En déduire les réactions ayant lieu au niveau des lames de zinc et de cuivre.


5. Dans le cas où il y a 1,00×1021{,}00 \times 10^{-2} mol de zinc consommé, en déduire la capacité électrique de la pile en tenant compte du nombre d’électrons échangés au cours de la réaction.
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Synthèse de l'activité

Lister l’ensemble des conditions nécessaires à la génération d’un courant par une pile.
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