Etude de la pile Daniell
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Etude et réalisation d’autres piles de type Daniell
Expérience facile à réaliser
Influence des concentrations sur la f.é.m des piles de type Daniell
Evaluation
Présentation de la pile Daniell
La pile Daniell est constituée de deux compartiments appelés demi-piles.
Chaque demi-pile renferme un couple rédox :
*Une demi-pile comprend une lame de cuivre plongeant dans une solution de sulfate de cuivre II
*L'autre demi-pile comprend une lame de zinc plongeant dans une solution de sulfate de zinc
les deux demi-piles sont reliées par un un pont de jonction dit pont électrolytique ou pont salin.
Schéma et symbole de la pile
A une pile,on peut associer deux schémas et deux symboles selon qu'on met à gauche le couple
Cu2+/Cu ou Zn2+/Zn.
| Schéma |
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| Symbole |
Cu /Cu 2+ (1molL-1) // Zn2+(1molL-1)/Zn |
Zn / Zn2+(1molL-1) // Cu 2+ (1molL-1)/ Cu |
Equation chimique associée à la représentation de la pile
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CONVENTION: |
| Schéma |
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Equation
chimique associée |
 Cu2+ + Zn |
ZnZn2++ Cu
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| Symbole |
Cu /Cu 2+ (1molL-1) // Zn2+(1molL-1)/Zn |
Zn / Zn2+(1molL-1) // Cu 2+ (1molL-1)/ Cu |
Principe de fonctionnement de la pile Daniell
Expériences:
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On relie la borne (+) du milliampèremètre à la lame de cuivre
On constate que l'aiguille du milliampèremètre dévie. Le passage du courant électrique ,à l'extérieur de la pile , s'effectue de la lame de cuivre vers la lame de zinc. la lame de cuivre est le pole (+) de la pile la lame de zinc est le pole (-) de la pile Le déplacement des électrons est dans le sens inverse de celui du courant. |
Le voltmètre mesure la différence de potentiel entre
les bornes de la pile.(Vbdroite-Vbgauche) La différence de potentiel est positive : la lame de cuivre est le pole (+) de la pile VbD - VbG >0 VbD > VbG Le voltmètre mesure la f.é.m E de la pile. |
| anim1 | anim2 |
Les électrons quittent l’électrode de zinc pour cheminer dans les conducteurs métalliques.
le zinc libère des ions zinc dans la solution de sulfate de zinc. Le zinc est donc attaqué .
Le zinc est oxydé : Zn 
Zn2+ + 2e-
Le zinc est le siége d'une oxydation.
La solution s'enrichit en ions Zn2+ et la masse de la lame de zinc diminue.
2.Transformation à l’électrode de cuivre(pole positif)Au niveau de l’électrode de cuivre arrivent à la fois des ions cuivre (II) de la solution aqueuse
de sulfate de cuivre (II), et des électrons du circuit extérieur .
Les ions cuivre (II) sont réduits : Cu 2+ + 2e- Cu
La solution s'appauvrit en ions Cu2+ et la masse de la lame de cuivre augmente.
3.Bilan des transformations dans la pileLes ions cuivre (II) ont capté des électrons au zinc par l’intermédiaire du circuit électrique.
Il y a autant d’ions zinc formés que d’ions cuivre (II) consommés.
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Dans les deux compartiments de la pile, les solutions sont mises en contact (reliées) par
un pont électrolytique constitué d'un tube en U rempli d'une solution gélifiée d'agar-agar
concentrée en chlorure de potassium ou nitrate de potassium
Or le passage du courant électrique est assuré par le déplacement des électrons dans le
circuit métallique (circuit extérieur) et des ions dans les deux demi-piles(les ions K+ et Cl-
du pont salin peuvent migrer vers un compartiment ou vers un autre de la pile afin d'assurer
la neutralité électrique dans les deux compartiments de la pile.)
Le pont salin permet de :
-fermer le circuit électrique tout en évitant le mélange des deux solutions
-assurer la neutralité électrique dans les deux compartiments de la pile.
Force électromotrice de la pile
VbD:le potentiel électrique de la borne de droite
VbG:le potentiel électrique de la borne de gauche
L'utilisation d'un voltmètre numérique permet de déterminer la f.é.m de la pile ainsi que sa polarité.
Il y a deux possibilités
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Cu /Cu2+(1 mol L-1) || Zn2+(1 mol L-1)/ Zn |
Zn /Zn2+(1 mol L-1)|| Cu2+(1 mol L-1)/Cu |
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| E = VbZn -VbCu = - 1,1V < 0 | E = VbCu -VbZn = + 1,1V > 0 |
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E <o VbZn < VbCu
l’électrode de zinc(borne négative) l’électrode de cuivre(borne positive) |
E >oE VbCu > VbZn
l’électrode de cuivre(borne positive) l’électrode de zinc(borne négative) |
La f.é.m E de la pile est une grandeur algébrique dont le signe est lié à la représentation de la pile
En changeant le schéma de la pile:
* l'équation associée change.
*le symbole change .
*les polarités des bornes ne changent pas.
*la réaction qui se produit dans la pile ne change pas. Zn+Cu 2+Zn2+ + Cu
Le sens de circulation des électrons (dans le circuit extérieur) indique le sens de la réaction qui se
produit spontanément dans la pile.
Lorsque la pile débite /E/ diminue [Zn2+ ]
La fonction des concentrations , relative à l'équation
ZnZn2++ Cu , π =[Zn2+
]
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L'équation chimique est écrite de sorte que chaque réducteur doit être du même coté(droite ou gauche)dans l'équation chimique et dans la représentation de la pile .