Pile et oxydoréduction

[inviteff76c247]

Bonsoir
Je me permets de publier cet exercice venant d'un devoir que je dois faire et cela concerne les piles et l'oxydoréduction. (Je suis en "terminale" en Belgique)
En fait j'ai plusieurs schémas et je dois dire si la pile est fonctionnelle ou non et expliquer pourquoi. J'ai réussi à me débrouiller pour tous sauf pour un où je ne suis pas certaine de la réponse. J'espère donc que vous pourrez m'apporter des précisions

Donc voici le schéma, et je ne sais pas si la pile est fonctionnelle ou non. Ne faut il pas que les plaques soient faites des composés qui vont se réduire/s'oxyder ? Est ce que la seule présence de ces composés dans les solutions suffit pour que la pile fonctionne? (Je précise que la seule configuration de pile que j'ai vu de ce type jusqu'à présent était avec des plaques de cuivre et de zinc et des solutions de CuSO4 et de ZnSO4, d'où cette interrogation...)

En espérant que ce soit suffisamment clair.. Merci beaucoup d'avance


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[moco]

Bonjour,
Ta pile est fonctionnelle. Qu'est-ce que empêcherait le zinc de s'oxyder dans une solution qui ne contient pas d'ions Zn2+ ?
La réaction de l'anode sera : Zn --> Zn2+ + 2 e-.
Qu'est-ce qui empêcherait les ions cuivre Cu2+ d'accepter des électrons sur la plaque de cathode qui est prête à lui en donner ? Il n'y a pas besoin que la plaque en question soit en cuivre. Il suffit qu'elle soit en un matériau conducteur. comme le platine, l'argent ou le charbon, pour prendre deux exemples un peu au hasard. la réaction sur cette plaque sera : Cu2+ + 2 e- --> Cu
Donc la pile va marcher sans la moindre difficulté. Et au bout de quelques instants, elle contiendra des ions Zn2+ en solution, et des atomes de cuivre métallique rouge comme dans la pile dont tu as l'habitude.

[inviteff76c247]

D'accord je vois ! Mais du côté du zinc c'est donc bien le fait que la plaque soit composée de zinc qui va permettre au zinc de s'oxyder en ions zn2+ ? (Donc pour cette plaque là ce qui la compose a bien une influence sur la réaction d'oxydoréduction ? )

[moco]

Bonsoir,
Si tu veux que le zinc s'oxyde en cédant des électrons, il faut bien partir de zinc métallique. Mais il faut que ce métal soit en contact électrique avec un fil qui enverra ces électrons au loin dans le circuit extérieur. On peut dire que le zinc est un moteur prêt à cracher des électrons. Il a "envie" de perdre des électrons et de devenir un ion Zn2+. Mais il ne peut le faire que si, ailleurs, quelqu'un le débarrasse de ses électrons, pour que d'autres atomes de zinc du voisinage puisse faire comme lui et les perdre aussi. C'est le ion cuivre qui accepte ces électrons. En effet, le cuivre a exactement le comportement inverse du zinc. Le métal cuivre n'a pas envie de perdre des électrons et de devenir des ions Cu2+. Non ! C'est l'inverse : ce sont les ions Cu2+ qui aimeraient se procurer des électrons et redevenir métal.

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteff76c247]

Ok je crois que je comprends mieux ! Et pour que le zinc métallique puisse s'oxyder y a t'il une prérogative concernant la composition de la solution dans laquelle la plaque de zinc se trouve? (Car je sais que le pont salin est là pour assurer l'électroneutralité des solutions et donc "compenser" les charges des ions , mais je vois que le composé de la solution du zinc (NaCl) est le même que pour le pont salin et je me demande donc le rapport)

Désolée pour toutes ces questions et merci pour vos réponses claires et détaillées!

[moco]

Bonjour,
Le moteur de la pile Daniell (zinc-cuivre) est le zinc. Il a envie de revenir à son état stable d'ion Zn2+, Dans le compartiment anode de la pile, il peut le faire à deux conditions qui sont électriques et non chimiques. Il faut que les électrons ainsi libérés soient utilisés donc consommés en un autre endroit. Si non, la plaque se charge négativement par la présence des premiers électrons cédés par les premiers atomes de zinc ayant perdu leurs électrons; et la plaque empêche alors les autres atomes de zinc de perdre leurs électrons.
Mais il faut aussi compenser la charge positive que le zinc créée en libérant les ions Zn2+. Si on met une plaque de zinc dans de l'eau, les premiers atomes de zinc s'y dissolvent certes, mais la solution se charge positivement, et elle repousse les ions suivants qui voudraient s'y dissoudre. La pile s'arrête.
Si on veut que la pile débite du courant, il faut soit enlever ces ions positifs Zn2+, soit amener des ions négatifs pour neutraliser ces ions positifs.
Or des ions négatifs, il y en a en excès dans l'autre compartiment. Si, comme dans une pile Zn-Cu, on envoie les électrons du zinc vers l'autre compartiment contenant des ions Cu2+ et SO42-, on détruit les ions Cu2+ certes. Mais il reste des ions sulfate dont ne sait pas quoi faire, et qui, si on ne faisait rien, empêcheraient l'arrivée de nouveaux électrons à cette cathode.
On résout tous ces problèmes à la fois en mettant un tuyau rempli de solution ionique quelconque (NaCl, KNO3, etc.) dont chaque extrémité trempe dans les deux solutions de ZnSO4 et de CuSO4. Dans ce cas, l'excès de charges positives à l'anode de zinc attire l'excès de charges négatives du compartiment cathode. Les ions sulfate migrent vers les ions Zn2+ à travers le pont. Ou plutôt ils poussent les ions négatifs qui s'y trouvent et qui vont neutraliser la charge électrique positive.
Dans ce cas, la pile marche.