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Fabrication d’une pile cuivre‑zinc

Objectifs

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

Doc. 1

Protocole et schéma de la pile

• Verser $50$ mL de sulfate de zinc $(\text{Zn}^{2+}\text{(aq)}$ ; $\mathrm{SO}_{4}^{2-}\text{(aq)})$ dans le bécher nommé « $\text{Zn}$ ».
• Verser $50$ mL de sulfate de cuivre $(\text{Cu}^{2+}\text{(aq)}$ ; $\mathrm{SO}_{4}^{2-}\text{(aq)})$ dans le bécher nommé « $\text{Cu}$ ».
• Placer la lame de cuivre $\text{Cu(s)}$ dans le bécher « $\text{Cu}$ »
• Placer la lame de zinc $\text{Zn(s)}$ dans le bécher « $\text{Zn}$ »
• Relier les deux béchers à l’aide du pont salin.
• Brancher le voltmètre comme indiqué sur le schéma.

Doc. 3

Capacité électrique

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

$Q_\text{max} = n_\text{e} ⋅ F$

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

✔ REA : Mettre en œuvre un protocole

✔ VAL : Respecter le nombre de chiffres significatifs

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 $1{,}00 \times 10^{-2}$ 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.

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