Physique-Chimie · Terminale · Prévoir l’état final d’un système chimique
Les piles : générateurs électrochimiques
Des électrons récoltés dans un fil.
En bref
Plongez une lame de zinc dans du sulfate de cuivre : la réaction se fait sur place, et son énergie part en chaleur.
Plongez une lame de zinc dans du sulfate de cuivre : la réaction se fait sur place, et son énergie part en chaleur. Séparez les deux couples, et les électrons sont obligés de passer par un fil — on obtient un courant.
Oxydant, réducteur, couple
| Espèce | Ce qu’elle fait des électrons |
|---|---|
| Un réducteur | Il en cède |
| Un oxydant | Il en capte |
Ils forment un couple Ox/Red relié par : Ox + n e⁻ = Red. Exemples : Cu²⁺/Cu, Zn²⁺/Zn, Fe³⁺/Fe²⁺, MnO₄⁻/Mn²⁺.
La constitution d’une pile
| Élément | Son rôle | Ce qui y circule |
|---|---|---|
| Deux demi-piles | Chacune une électrode dans la solution de son couple | — |
| Le circuit extérieur | Relier les électrodes | Les électrons |
| Le pont salin | Fermer le circuit à l’intérieur | Les ions |
Sans pont salin, les charges s’accumulent dans chaque compartiment et la pile s’arrête aussitôt. Il n’est pas un accessoire : il assure l’électroneutralité, donc la continuité du courant.
Les deux électrodes
| Électrode | Ce qui s’y passe | Son pôle dans une pile |
|---|---|---|
| Anode | L’oxydation | Le pôle négatif |
| Cathode | La réduction | Le pôle positif |
Moyen mnémotechnique : anode et oxydation commencent par une voyelle ; cathode et réduction par une consonne.
Les électrons vont de l’anode vers la cathode dans le fil ; le courant conventionnel circule en sens inverse.
Le sens d’évolution
| État | Ce qui se passe |
|---|---|
| Qr ≠ K | La pile débite, dans le sens qui rapproche Qr de K |
| Qr = K | La pile est usée : la tension tombe à zéro |
Une pile usée n’est pas « vide » : elle est à l’équilibre. Il y reste exactement autant de matière qu’au départ.
La capacité électrique
Q = I × Δt = n(e⁻) × F, avec F = 96 500 C·mol⁻¹ — la charge d’une mole d’électrons.
En reliant n(e⁻) à l’avancement par les demi-équations, on calcule la durée de vie de la pile ou la masse d’électrode consommée. Le réactif limitant est presque toujours le métal de l’anode, qui se dissout.
Teste-toi
6 questions pour vérifier
Touche une réponse : la correction s’affiche tout de suite.
1.Dans une pile, l’anode est le siège de…
2.À quoi sert le pont salin ?
3.Dans le circuit extérieur d’une pile, les électrons circulent…
4.Une pile usée est un système qui a atteint son état d’équilibre.
5.Que vaut la constante de Faraday ?
6.Quelle relation donne la quantité d’électricité débitée ?
0 / 6 questions
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