Réalisation de piles et mesures

1. Avec différentes demi-piles

1.1 pile - Zn²⁺/Zn//Cu²⁺/Cu +

Quel est le métal le plus "noble" ? Ecrire l’équation de la réaction spontanée susceptible de se produire avec de deux couples. Les concentrations molaires de sulfate de cuivre et de sulfate de zinc sont 0,1 mol.L-1 . Sachant que la constante d’équilibre de la réaction ci-dessus vaut K = 2,0x1037, déterminer le sens de la réaction. La paroi poreuse permet le passage des ions. Que se passe-t-il si on laisse la pile dans cet état pendant très longtemps ? Le circuit électrique étant ouvert (pas de dipôle D) on mesure E = 1,03V proche des différences des potentiels standards (0,34-(-0,76) = 1,1V  En court-circuit, on mesure le courant maximum que peut produire la pile Icc = 35 mA et en rapprochant les électrodes, on arrive à 45 mA ! On peut alors essayer un dipôle récepteur D. Un petit moteur (marqué 0,15V 3mA) tourne : il convertit l’énergie électrique fournie par la pile en énergie mécanique.

1.2 pile - Al³⁺/Al//Cu²⁺/Cu +

Plaçons dans deux béchers des solutions décimolaires de sulfate cuivre et de sulfate d’Aluminium (noté Al2(SO4)3 ; 18H2O) . On place les électrodes de cuivre et de zinc et on relie les deux demi-piles par un pont ionique constitué d’un papier filtre imbibé d’une solution saturée de chlorure de potassium. Une fois le circuit fermé, les électrons peuvent circuler dans les métaux et les ions du pont ionique passent dans le becher On mesure la tension à vide E’ = 0,64V (Valeur trop faible, recommencer en décapant la couche d’alumine de la plaque...?)

1.3 pile - Al³⁺/Al//Zn²⁺/Zn +

• Si on répète la même opération avec ces deux demi-piles, la force électromotrice mesurée vaut E" = 0,38V. Il semble que l’oxyde d’aluminium présent sur la plaque intervient et donc que la f-é-m n’est pas celle attendue...
• On vérifie quand même E’ + E" = 0,38 + 0,64 = 1,02 V ≈ E

2. Influence du pont ionique

• Avec un pont ionique constitué d’un papier imbibé de solution saturée de chlorure de potassium de largeur 2 cm, on mesure E = 1,05V et Icc = 0,27 mA (à comparer avec les 45 mA obtenus avec la paroi poreuse !)
• En augmentant la largeur de la bande de la bande de papier (largeur 5 cm) on mesure la même valeur de E et Icc = 0,50 mA. La résistance interne a donc diminué.
• Avec un pont ionique constitué d’un tube en U rempli d’une solution saturée de chlorure de potassium gélifiée (avec de l’amidon) de diamètre 1 cm, la tension à vide reste la même, mais le courant maximum Icc vaut 3,5 mA (toujours bien moins bon que la paroi poreuse).

3. Piles en série