Pile-citron

[Bertrand]

Bonjour,
La pile-citron est une pile électrochimique zinc-hydrogène, elle fait intervenir une réaction d’oxydo-réduction entre les couples Zn/Zn++ (l’une des électrodes) et H2/H+ (la solution acide du citron).
Théoriquement, le potentiel standard de la pile zinc-hydrogène serait de 0,763 V or on mesure un voltage d'environ 0,95 V. A quoi est due cette différence ?
Pour rappel, dans l’échange d’électrons qui s’installe aux bornes des électrodes, le zinc (Zn°) va réduire les ions H+ présents dans le citron en H2 (on peut éventuellement observer une légère effervescence). Au niveau de l’électrode en cuivre les ions H+ subissent la réduction grâce aux électrons du circuit électrique provenant de l’électrode en zinc. L’électrode en cuivre n’est ici qu’une électrode auxilliaire, elle ne joue aucun rôle dans la réaction d’oxydo-réduction. Pour étayer cette affirmation, on pourrait vérifier que le remplacement de l’électrode de cuivre par une électrode inerte en platine ou en carbone ne modifie pas ou très peu la tension.
L’équation globale de la réaction qui se produit dans la pile-citron est la suivante :
Zn(s) + 2H+(aq) ⇌ H2(g) + Zn2+(aq)
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[persona]

Tu dis toi-même "le potentiel standard est..." et d'autre part "on mesure un voltage de..." Dans quelles conditions de concentration et de température as-tu mesuré ce voltage ? Revois peu-être la définition du potentiel standard...

[moco]

Dans ta pile, la concentation du ion Zn²⁺ est très inférieure à 1 M. Donc le potentiel est très inférieur à -0.76 V.
Si la concentration en Zn²⁺ est 10^-6 M, le potentiel est :
E = - 0.76 + 0.03 log 10^-6 = - 0.76 - 0.18 = 0.94 V

Tu ne dis pas combien de temps la tension mesurée de ta pile reste à 0.95 V. Cela ne doit pas être bien considérable. Vu d'ici, la tension lue doit assez vite retomber aux alentours de 0.8 V, car la concentration du ion Zn²⁺ va aumgenter rapidement.

[invite61c71a29]

Salut, désolé de poser une autre question. J'aimerai savoir pourquoi l'électrode en cuivre est auxiliaire. Lorsqu'on regarde le tableau des potentiels standard, on se rend compte que le couple de Cu est au dessus du couple de H+ qui est au dessus de celui de Zn. Je suis confus. Merci pour votre compréhension.

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite0324077b]

pourquoi zinc hydrogene ?

c'est plutot zinc cuivre ... si tu met un autre metal que le cuivre ça fait une autre tension

[moco]

Dans la pile fait de deux lames de Zn et Cu plongés dans le citron, l'électrode de cuivre ne sert que de porteur d'électron. En effet, le zinc métallique cède des électrons et passe sous forme d'ion Zn2+ en solution. Les électrons traversent le circuit extérieur et finissent dans la plaque de cuivre, où ils vont chercher à décharger les ions présents. Ils déchargeraient volontiers des ions Cu2+ s'il y en avait en solution. Mais il n'y en a pas. Les seuls ions positifs qu'ils peuvent décharger sont les ions H+ (ou H3O+). Une fois déchargés ils dégagent de l'Hydrogène gazeux H2. C'est pour cela qu'on dit que la pile citron est une pile Zn/H+, et pas Zn/Cu.

[invite0324077b]

merci de m'avoir corrigé ... j'avais une idée completement fausse sur l'utilité du cuivre , comme si il etait responsable d'une partie de la tension

[Boumako]

C’est le cas, si on remplace la lame de cuivre par une autre lame de zinc ça ne marche pas.

[noir_ecaille]

Question idiote... Si le circuite est "ouvert", la récation d'oxydo-réduction n'est pas pour autant interrompue dans le citron... Vrai ou faux ?

Question conséquente : pourquoi une pile se décharge plus vite avec un circuit fermé qu'un circuit ouvert ?

[moco]

Le zinc est attaqué de toute façon par l'acide citrique, qu'il soit relié à une autre plaque métallique ou non. Il se forme des ions Zn2+ et de l'Hydrogène H2 se dégage. La réaction marche bien ainsi. Equation : Zn + 2 H+ --> Zn2+ + H2

Mais elle marche mieux si on arrache les ions Zn2+ formés au contact de la plaque de zinc. En effet ces ions empêchent de nouveau ions H+ d'approcher le zinc, donc ces ions empêchent la corrosion de se poursuivre. Or si on place une plaque de cuivre ou de platine à quelque distance de là et que le contact électrique est établi entre les deux plaques, le zinc formera toujours des ions Zn2+. mais ces ions seront attirés par l'autre plaque de cuivre. En effet sur cette plaque, les ions H+ sont détruits. mais les ions négatifs accompagnants que j'appelle X- restent en solution. Comme ils ne sont plus neutralisés par H+, ils attirent les ions Zn2+ créés à l'anode de zinc. L'attaque du zinc se fait mieux ainsi.

[invite0324077b]

c'est toute la difference entre une bonne pile et n'importe quoi

une electrode en zinc et une electrode en charbon dans n'importe quel acide fera de l'electricité ... mais si l'acide bouffe le zinc sans avoir besoin que le courant passe cette pile se detruira que l'on s'en serve ou pas

la qualité d'une bonne pile est de ne s'user que si l'on s'en sert ... comme la pile wonder

et c'est un mauvais exemple car les pile wonder etaient des piles saline qui s'autodechargaient assez vite parce que contenant un electrolyte un peu agressif pour le zinc

les pile alcaline se conservent beaucoup plus longtemps parce que leur electrolyte alcalin n'attaque pas du tout le zinc sans qu'il passe du courant

[noir_ecaille]

Le zinc est attaqué de toute façon par l'acide citrique, qu'il soit relié à une autre plaque métallique ou non. Il se forme des ions Zn2+ et de l'Hydrogène H2 se dégage. La réaction marche bien ainsi. Equation : Zn + 2 H+ --> Zn2+ + H2

Mais elle marche mieux si on arrache les ions Zn2+ formés au contact de la plaque de zinc. En effet ces ions empêchent de nouveau ions H+ d'approcher le zinc, donc ces ions empêchent la corrosion de se poursuivre. Or si on place une plaque de cuivre ou de platine à quelque distance de là et que le contact électrique est établi entre les deux plaques, le zinc formera toujours des ions Zn2+. mais ces ions seront attirés par l'autre plaque de cuivre. En effet sur cette plaque, les ions H+ sont détruits. mais les ions négatifs accompagnants que j'appelle X- restent en solution. Comme ils ne sont plus neutralisés par H+, ils attirent les ions Zn2+ créés à l'anode de zinc. L'attaque du zinc se fait mieux ainsi.

Je ne comprends le "X-"

Grosso modo, les ions Zn²⁺ migrent vers la catode cuivre, ce qui libère le zinc de l'anode pour de nouvelles réactions ?


@ chatelot16

J'ai du mal à comprendre comme le courant peut ne pas passer quand même

[moco]

Ce que j'appelle X est le reste de l'acide présent dans le citron quand on lui a enlevé un ion H⁺. La structure exacte de HX est sans importance. Mais si vraiment tu tiens à la savoir, on peut y aller, mais cela risque vite d'être plus compliqué que tu ne le crois. Il faut alors tenir compte du fait que l'acide HX présent dans le jus de citron peut être l'acide citrique C₆H₈O₇ ou l'acide ascorbique C₆H₈O₆. Donc si c'est l'acide citrique qui cède son ion H⁺ à la cathode, le ion X^- est l'ion C₆H₇O₇^-. Et si c'est l'acide ascorbique, l'ion X^- est C₆H₇O₆^-. Il y a juste un atome H de différence entre la formule de l'acide HX et celle de l'ion X^-.

[noir_ecaille]

Ça n'a rien de compliqué Il suffisait juste de me dire que "X" est/représente la base conjuguée de H[X]

[invitedd1d79ed]

Bonjour, si j'ai bien compris ce qu'il se passait, le zinc lache 2 électrons qui se dirige vers le cuivre sans passer par l'électrolyte, et des ions Zn2+ se retrouvent dans l'électrolyte, l'électrolyte qui se compose d'acide citrique et d'acide ascorbique donne 2 ions H+ qui rencontre les 2 électrons a la borne de cuivre ce qui créé une molécule d'hydrogene H2, Ai je compris ? et je me demandais ce que devenait les Zn2+ et si le cuivre réagisse avec l'électrolyte parce que j'ai trouvé un document qui en parlait : http://books.google.fr/books?id=jd-B...page&q&f=false
Merci de m'aider