Électrochimie
Piles et Électrolyse
Étude expérimentale des réactions d'oxydoréduction dans les piles électrochimiques et les électrolyseurs : mesure de la f.é.m., du rendement et des quantités d'électricité.
Introduction
Les piles et l'électrolyse sont les deux faces de l'électrochimie : la pile convertit l'énergie chimique en énergie électrique (réaction spontanée), tandis que l'électrolyse utilise l'énergie électrique pour forcer une réaction non spontanée. L'ECE permet de réaliser des piles, de mesurer leur force électromotrice et d'effectuer des électrolyses quantitatives.
Contenu détaillé
1. Piles électrochimiques
- •La pile Daniell : Zn(s)/Zn²⁺(aq) // Cu²⁺(aq)/Cu(s), f.é.m. ≈ 1,1 V
- •Anode (oxydation) : Zn → Zn²⁺ + 2e⁻ (pôle -)
- •Cathode (réduction) : Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu (pôle +)
- •Force électromotrice : E = E°(cathode) - E°(anode) avec les potentiels standard
2. Électrolyse
- •Réaction forcée : on impose un courant pour inverser le sens spontané
- •Lois de Faraday : Q = n·F (Q en coulombs, n en mol d'électrons, F = 96 485 C/mol)
- •Applications : purification des métaux, dépôt électrolytique, production de dihydrogène
- •Rendement faradique : rapport entre la masse déposée réelle et théorique
3. Protocole expérimental type
- •Réaliser une pile Cu/Zn avec un pont salin (KNO₃ en gel)
- •Mesurer la f.é.m. à vide avec un voltmètre haute impédance
- •Réaliser l'électrolyse d'une solution de CuSO₄ : peser la cathode avant/après
- •Calculer la masse de cuivre déposée théorique (Q = I × t) et comparer à la mesure
Matériel expérimental
Électrodes (Zn, Cu, graphite)
Constituer les demi-piles ou les électrodes de l'électrolyseur
Pont salin (KNO₃)
Assurer la continuité du circuit ionique entre les demi-piles
Voltmètre haute impédance
Mesurer la f.é.m. sans faire débiter la pile
Générateur de courant continu
Imposer un courant dans l'électrolyseur
Vocabulaire
Oxydation : Perte d'électrons par une espèce chimique (à l'anode)
Réduction : Gain d'électrons par une espèce chimique (à la cathode)
f.é.m. : Force électromotrice : tension à vide d'une pile, en volts
Constante de Faraday : F = 96 485 C/mol, charge d'une mole d'électrons
Sujets type Bac ECE
- 1Réaliser une pile Daniell et mesurer sa force électromotrice
- 2Vérifier les lois de Faraday par électrolyse d'une solution de sulfate de cuivre
- 3Déterminer le rendement d'une pile à combustible à hydrogène
