Constitution et transformations de la matière
Piles électrochimiques : fonctionnement et modélisation
Une pile électrochimique convertit une réaction chimique spontanée en énergie électrique. Elle est constituée de deux demi-piles reliées par un pont salin. Ce fonctionnement repose sur des réactions d'oxydoréduction aux électrodes.
Objectifs du chapitre
- 1Décrire le principe d'une pile électrochimique
- 2Identifier les demi-piles, le pont salin et les électrodes
- 3Écrire les réactions aux électrodes et déterminer la polarité
- 4Modéliser le fonctionnement d'une pile en circuit fermé
Notions clés
Demi-pile : Ensemble constitué d'une électrode métallique plongeant dans une solution contenant ses ions.
Pont salin : Dispositif contenant une solution ionique qui assure le passage du courant et maintient l'électroneutralité.
Électrode : Conducteur métallique où se produit une réaction d'oxydation ou de réduction.
Polarité : Borne négative (anode, oxydation) et borne positive (cathode, réduction) de la pile.
Formules essentielles
Réaction d'oxydation à l'anode
M → Mⁿ⁺ + n e⁻
Perte d'électrons à l'électrode négative.
Réaction de réduction à la cathode
Mⁿ⁺ + n e⁻ → M
Gain d'électrons à l'électrode positive.
Équation bilan de la pile
Ox₁ + Red₂ → Red₁ + Ox₂
Somme des deux demi-réactions, sans électrons libres.
Exemples d'application
- •Pile Daniell : anode en zinc (Zn → Zn²⁺ + 2e⁻), cathode en cuivre (Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu).
- •Pile saline : anode en zinc, cathode en dioxyde de manganèse (MnO₂).
- •Pile à combustible : anode (H₂ → 2H⁺ + 2e⁻), cathode (O₂ + 4H⁺ + 4e⁻ → 2H₂O).
Exercices types Bac
- 1.Identifier la polarité et les réactions à partir d'un schéma de pile.
- 2.Calculer la quantité d'électricité produite à partir d'une masse de métal consommé.
- 3.Prévoir le sens du courant et la variation de masse des électrodes.
