Pile-citron
Répondre à la discussion
Affichage des résultats 1 à 4 sur 4

Pile-citron



  1. #1
    lefgolas

    Pile-citron


    ------

    Bonjour à tous! Je rencontre encore quelques problème dans ce TPE qui se termine...

    La pile citron est basée sur la réaction d'oxydoréduction: Zn(s)+ + 2H+(aq) -> Zn2+(aq) + H2(g)
    On utilisera le tableau d'avancement suivant:
    Equation chimique Zn(s)+ + 2H+(aq) -> Zn2+(aq) + H2(g)
    Etat du système Avancement (mol) Quantité de matière (mol)
    Initial 0 7,19*10-1 4,67*10-4 0 0
    En cours x 7,19*10-1-x 4,67*10-4 - 2x x 2x
    Final xmax 7,19*10-1-xmax 4,67*10-4- 2xmax xmax 2xmax
    7,18766*10-1 0 2,34 * 10-4 4,68*10-4

    J'ai pensé à réaliser une expérience:
    On effectue des test du pH avec un pH-mètre toutes les 30m, jusqu’à le voir augmenter et se rapprocher de 7
    Tout d'abord cette expérience prouve que l'ions h+ est bien l'oxydant et joue un rôle dans la réaction.
    Mais aussi, à partir des données obtenues, on trace un graphique représentant l'avancement en fonction du temps: on obtient une courbe étant donnée que la vitesse de réaction n'est pas la même durant toute la réaction! Après on peut introduire les maths en parlant des dérivées de la courbe, les limites etc...
    Seulement le temps est considérable avant que la réaction soit totale! Nous avons pensé à augmenter la température pour augmenter la vitesse de la réaction, car on observe habituellement qu’une augmentation de la température des réactifs de 10°C double la vitesse d’une réaction, mais on a toujours une vitesse trop faible pour la mesurer en moins d'une journée.
    J'ai pensée à réaliser une simulation par ordi mais comment avoir la vitesse initiale, l'évolution de la vitesse et la vitesse finale simplement par le calcul?


    Peut-on se permettre l'assimilation de l'activité chimique à la concentration, sachant que l'on à une concentration de 10^-2,03 mol.L^-1 ?


    On a déterminer que:
    · La calculatrice que l'on cherche à alimenter a besoin de 6V pour fonctionner
    · Dans la plupart des cas, la pile citron, à vide, génère une tension d’environ 1V
    · Dans la plupart des cas, la pile citron à une résistance d’environ 0,95Ω
    Comment à partir de ces données trouver le nombre de piles nécessaire pour alimenter la calculatrice?


    A priori la réaction est totale car le gaz s'évapore dans l'air il ne peut pas y avoir de réaction dans le sens contraire! Mais comment prouver par le calcul que la réaction es totale et non pas partielle?

    On a trouvé Qmax,avec zx*F, on a mesurer l'intensité avec une seule pile citron au borne de la pile et on a trouvé le temps maximale qu'elle peut fonctionner grâce à Qmax=I*tmax. Mais Qmax change t-il pour cette seule pile si plusieurs autres piles sont reliée avec elle dans un circuit en série?

    Qmax= zx*F
    On a donc 2* 4,67*10^(-4) * 9,65*10^4
    Je ne me trompe pas? Il ne faut pas diviser par deux la quantité de matière des ions h+ étant donnée qu'il y a 2H+ ?

    -----
    Dernière modification par lefgolas ; 17/12/2014 à 00h10.

  2. #2
    moco

    Re : Pile-citron

    Bonjour,
    Tout d'abord, ton équation est juste, mais le tableau d'avancement ne l'est pas. En effet il se forme exactement autant de H2 que d'ions Zn2+, donc x mole de l'un et de l'autre.
    Ensuite, tu ne dis pas vraiment ce que tu as fait. J'imagine que tu as pris un citron, que tu l'as incisé d'une fente, et que tu y as mis une électrode de verre pour mesurer le pH, qui est de l'ordre de 3.33. Puis tu as incisé une 2ème fente et tu as glissé deux lames identiques, de cuivre sans doute, dans tes deux fentes, pour mesurer la résistance, qui se trouve être de 0.95 ohm. Puis j'imagine que tu as mis une lame de zinc à la place de l'une des lames de cuivre. Et tu as mesuré la tension, qui se trouve être de l'ordre de 1 Volt. Tu as donc réalisé une pile marchant selon ton équation. Est-ce que j'ai bien interprété ton explication ?

    Mais ta pile ne fonctionnera pas longtemps en donnant 1 Volt. Très vite, la tension tombera à moins de 0.7 Volt. En effet, la tension dépend de la concentration des ions Zn2+ en solution au contact de l'anode en zinc, et de celle des ions H+ au contact de l'autre. Au début, il n'y a pas d'ions Zn2+ en solution. Le potentiel de l'anode de zinc n'est donc pas défini. Mais celui de la cathode H+ est défini par le pH, et il vaut - 3.33·0.059 V = - 0.2 V. La tension de la pile peut bien être de 1 Volt, si la concentration de Zn2+ est quasi nulle. Mais la concentration en ion Zn2+ croît très vite autour de l'électrode. Quand elle sera de 0.01 M par exemple, le potentiel du zinc sera de -0,76 V - 0.059 V = -0.82 V. Donc ta pile n'aura plus que 0.62 V. Et quand le concentration du Zn2+ sera de 0.1 M. Le potentiel de l'électrode de zinc sera de -0.76 V - 0.030 V = -0.79 V. Donc la pile n'aura plus que 0.59 V. Evidemment cela dépend du courant que tu auras consommé, et je ne connais pas la consommation de ta calculatrice.

  3. #3
    lefgolas

    Re : Pile-citron

    Tout d'abord, ton équation est juste, mais le tableau d'avancement ne l'est pas. En effet il se forme exactement autant de H2 que d'ions Zn2+, donc x mole de l'un et de l'autre.
    Bah non il faut tenir compte des coefficients stoechiométriques... ils faut deux ions H+ pour former une molécule de dihydrogène!
    Equation chimique Zn(s) + 2H⁺(aq) -> Zn²⁺(aq) + H2(g)
    Etat du système Avancement (mol) Quantité de matière (mol)
    Initial 0 n(Zn) n(H+) 0 0
    En cours X n(Zn)-x n(H+)-2x x 2x
    Final xmax n(Zn)-xmax n(H+)-2xmax xmax 2xmax

    J'ai mesuré la résistance en traçant la caractéristique de la pile.

    Si les potentiel sont défini! On peut les trouver avec la loi de Nernst:
    Nom : futura.png
Affichages : 327
Taille : 19,0 Ko

  4. #4
    moco

    Re : Pile-citron

    Désolé ! Mais tu n'as pas compris l'usage des coefficients stoechiométriques. Il faut bien deux H+ pour un atome Zn, d'où le -2x à soustraire de n(H+). Mais à droite il se forme autant de Zn2+ que de H2. Donc à droite, il faut bien mettre x sous Zn2+. Mais il faut aussi mettre un seul x sous H2, et pas 2x. La formule H2 n'est pas identique à 2H. J'ai l'impression que tu as traité le problème comme s'il s'était formé 2 atomes H indépendants.

    D'autre part, le potentiel initial de l'électrode de zinc dépend bien de la loi de Nernst. Mais il n'est pas défini en t=0, car il dépend de la concentration initiale du ion Zinc. Et cette concentration initiale dans le citron est inconnue, quand bien même elle doit être très petite.
    Dernière modification par moco ; 18/12/2014 à 10h06.

  5. A voir en vidéo sur Futura

Discussions similaires

  1. Pile-citron
    Par Bertrand dans le forum Chimie
    Réponses: 14
    Dernier message: 29/12/2014, 11h35
  2. TPE Pile Citron (Zinc/cuivre)
    Par lefgolas dans le forum TPE / TIPE et autres travaux
    Réponses: 1
    Dernier message: 24/10/2014, 14h41
  3. Pile citron = pile à combustible ?
    Par jean2212 dans le forum Chimie
    Réponses: 1
    Dernier message: 27/10/2013, 11h41
  4. L'acidité de la pile a citron !
    Par invite4d63b63c dans le forum Physique
    Réponses: 2
    Dernier message: 06/05/2012, 17h02
  5. pile à citron
    Par invitec37978d8 dans le forum Physique
    Réponses: 6
    Dernier message: 27/02/2011, 19h35