pile daniell au college

[toto12345]

Salut tout le monde,

Y a un truc qui me chiffonne:
En troisième, on doit traiter les piles (nouveau programme) et dans tous les bouquins ils prennent deux plaques (une zinc et une cuivre) qu'ils trempent directement dans UN SEUL bécher de sulfate de cuivre... On relie les plaques avec un voltmètre, et à mon grand étonnement on obtient une tension de l'ordre de 0,4 V (en fait c'est pas stable et ça augmente progressivement jusqu'à 0,5 V environ).

J'ai évidemment essayé car je n'y croyais pas, mais si, on a bien des électrons qui circulent de la plaque de zinc vers la plaque de cuivre (30 mA mesuré à l'ampèremètre).

Mais question est donc pourquoi des électrons circulent-ils dans le circuit extérieur? Alors que la réaction devrait se faire uniquement sur la plaque de zinc (elle se recouvre bien de cuivre pourtant)... En plus sur la plaque de cuivre, il n'y a pas l'air de se passer grand chose (pas franchement de dépôt)??

Au niveau du zinc, on observe un dépôt (le contraire eut été perturbant!) donc les ions cuivre captent bien des électrons, mais en même temps comment expliquer que des électrons circulent de la plaque de zinc vers la plaque de cuivre? Et que se passe t-il au niveau du cuivre??

Si quelqu'un a une explication... Parce que pour moi pour faire une pile, jusqu'à présent il fallait nécessairement séparer les deux compartiment (pont salin ou paroi poreuse...)????????
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[michaelM]

Bonjour, j'enseigne la physique-chimie au collège. Je proposerai cette manip dans peu de temps à mes élèves, mais le bécher sera rempli d'eau salée, sinon il faut se taper le nettoyage des plaques de zinc. Pour ma part, j'ai trouvé plus d'un volt en plongeant les deux plaques dans le sulfate de cuivre. C'est un dépot d'oxyde de cuivre que tu observes sur la plaque de zinc. En effet, Cu2+ + Zn donne Zn2+ + Cu. Le cuivre étant un métal plus noble que le zinc, il oxyde ce dernier. Sur l'autre électrode, on a Cu2+ + 2é donne Cu. Les électrons se déplacent dans les fils de connexion qui relient à ton voltmètre.

[inviteddcf5087]

Tu est sur de ton histoire d'electrons qui passe par les fils de ton voltmètre ? Mon prof de physique de l'année dernier (Term S) m'avait dit que c'etait pas possible ! Vue que je me posait la meme questions sur une electrolyse si je me souviens bien !
Et j'aime bien l'histoire du metal plus noble lool c'est comme ca que l'on disait en 3eme ? c'est marrant dit donc jme souvenait pas de ca ^^ Enfin bonne chance les gars ! Si vous etes fort en mecanique du point jss pret a prendre tout les cours ^^

[toto12345]

Bonjour, j'enseigne la physique-chimie au collège. Je proposerai cette manip dans peu de temps à mes élèves, mais le bécher sera rempli d'eau salée, sinon il faut se taper le nettoyage des plaques de zinc.

Et qu'est ce que tu mets comme électrode dans l'eau salée?


Oui, pour le dépôt, je suis d'accord! C'est parfaitement normal, mais je ne comprends toujours pas pourquoi il y a circulation d'électrons...

Là tu expliques qu'il y a une réaction chimique à l'électrode de zinc (Cu2+ + Zn donne Cu + Zn2+) donc pas question d'électrons libérés... Et à l'électrode de cuivre tu parles d'une demi-équation électronique... Ca colle pas... Où est la deuxième?

ça me paraît fumeux à moi ce truc!

[A voir en vidéo sur Futura]

[toto12345]

Tu est sur de ton histoire d'electrons qui passe par les fils de ton voltmètre ? Mon prof de physique de l'année dernier (Term S) m'avait dit que c'etait pas possible !

Oui, j'ai marqué mesuré à l'ampèremètre...

(même si un très faible courant passe quand même dans le voltmètre! C'est de l'ordre du microampère!)

[michaelM]

Les électrons qui circulent dans les fils de connexion sont des électrons libres, peu liés aux métaux. Ils se déplacent de la borne - vers la borne +, dans le sens inverse au sens conventionnel.
A la borne en cuivre, on a la réaction Cu2+ +2é -> Cu
A la borne en zinc, on a deux réactions : l'une correspondant au dépot de cuivre sur l'électrode, et donc réaction entre le zinc métal et les ions cuivre; l'autre correspondant à Zn -> Zn2+ + 2é. Ces deux réactions aboutissent au même résultat pour le zinc, quant-aux électrons, dans le 1e cas, ils sont transmis directement aux ions Cu2+, et dans le 2e, ils participent à la circulation électrique dans les fils de connexion (les électrons libres).

[toto12345]

A la borne en cuivre, on a la réaction Cu2+ +2é -> Cu
A la borne en zinc, on a deux réactions : l'une correspondant au dépot de cuivre sur l'électrode, et donc réaction entre le zinc métal et les ions cuivre; l'autre correspondant à Zn -> Zn2+ + 2é. Ces deux réactions aboutissent au même résultat pour le zinc, quant-aux électrons, dans le 1e cas, ils sont transmis directement aux ions Cu2+, et dans le 2e, ils participent à la circulation électrique dans les fils de connexion (les électrons libres).

Ok, merci pour la réponse! Mais ce que je ne comprends pas c'est pourquoi il y a justement deux réactions à la borne en zinc! J'aurais eu tendance à penser que la réaction directement entre le zinc et les ions cuivre aurait été largement prépondérante à l'interface de la lame de zinc... Je n'aurais jamais parié sur le fait que les électrons se "partageraient" ainsi... Mais bon, c'est bien ce qu'il se passe.

Merci pour les réponses!

[michaelM]

La réaction visant le dépot du cuivre sur la plaque de zinc est largement prédominante, jusqu'à ce que la lame soit entièrement couverte de ce cuivre. La surface d'oxyde cuivreux protège ensuite d'une attaque plus en profondeur. En effet, tu peux laisser ta plaque de zinc toute une journée dans la solution de sulfate de cuivre, elle ne se consommera pas davantage. Cette réaction ne se prolonge pas. Reste la réaction visant à la naissance du courant électrique.
Comme je le disais un peu plus tôt, en classe, il vaut mieux plonger une plaque de zinc et une plaque de cuivre dans un bécher d'eau salée. On a sensiblement la même tension électrique.

[toto12345]

La réaction visant le dépot du cuivre sur la plaque de zinc est largement prédominante, jusqu'à ce que la lame soit entièrement couverte de ce cuivre. La surface d'oxyde cuivreux protège ensuite d'une attaque plus en profondeur. En effet, tu peux laisser ta plaque de zinc toute une journée dans la solution de sulfate de cuivre, elle ne se consommera pas davantage. Cette réaction ne se prolonge pas. Reste la réaction visant à la naissance du courant électrique.
Comme je le disais un peu plus tôt, en classe, il vaut mieux plonger une plaque de zinc et une plaque de cuivre dans un bécher d'eau salée. On a sensiblement la même tension électrique.

Oui, mais la réaction conduisant à la naissance du courant électrique consomme également la plaque de zinc...

Et sinon, que se passe t-il comme réaction avec l'eau salée et les électrodes de zinc et cuivre??

[michaelM]

En effet, le passage du courant électrique consomme du zinc, et la solution s'enrichit en ions Zn2+, mais je ne vois pas ce qui semble te poser problème.
Sinon, dans l'eau salée, on a toujours Zn -> Zn2+ + 2é. Quand au niveau de l'autre électrode, on a un dégagement gazeux. 2H+ + 2é -> H2

[toto12345]

En effet, le passage du courant électrique consomme du zinc, et la solution s'enrichit en ions Zn2+, mais je ne vois pas ce qui semble te poser problème.
Sinon, dans l'eau salée, on a toujours Zn -> Zn2+ + 2é. Quand au niveau de l'autre électrode, on a un dégagement gazeux. 2H+ + 2é -> H2

Non non, ça ne me pose pas problème mais tu disais précedemment que la plaque ne se consommais pas davantage...

Sinon pour l'eau salée, il ne peut pas y avoir du dichlore qui se forme à l'anode? Et à la cathode il y a assez d'ion hydrogène dans la solution d'eau salée?

[michaelM]

La plaque de zinc n'est plus consommée si elle est seule dans la solution de sulfate de cuivre. Si maintenant il y a la 2e plaque de cuivre et les fils de connexion, tu formes une pile et la corrosion du zinc reprend.

[michaelM]

pour la présomption de dichlore, le potentiel chimique standard du couple Cl2/Cl- vaut 1,39 et il ne vaut que 0,34 pour le couple Cu2+/Cu

[inviteb386f8c0]

Il a été dit dans ce forum : "La plaque de zinc n'est plus consommée si elle est seule dans la solution de sulfate de cuivre. Si maintenant il y a la 2e plaque de cuivre et les fils de connexion, tu formes une pile et la corrosion du zinc reprend."
Il faut revoir ses cours...Il y a une grave incompréhension sur le fonctionnement d'une pile sur ce forum!
ATTENTION :

• 1 plaque de zinc avec du sulfate de cuivre EST CONSOMMEE même lorsqu'elle est seule! (réaction d'oxydo-reduction)
• La plaque de cuivre n'est là QUE pour assurer la conduction électrique
• Il n'y a aucune réaction chimique avec la plaque de cuivre!!!
• Dans les piles seul l'électrolyte (solution ionique) réagit avec une électrode (godet en général)
• Idem, dans la pile Volta : C'est la solution ionique (imbibée sur le feutre) qui réagit avec les rondelles de zinc (ou autre). Les rondelles de cuivre ne permettent qu'une conduction électrique (et non une reaction). Ici les couples sont H+/H2 et Zn2+/Zn.

J'espère que c'est clair dans la tête... N'enseignez pas des bétises à vos élèves SVP!

[obi76]

J'espère que c'est clair dans la tête... N'enseignez pas des bétises à vos élèves SVP!

merci de la précision. Il sagira maintenant de rattraper la promo 2007/2008 et leur expliquer - pour ceux qui s'en souviennent - que c'est faux...

[invite55844dae]

bonjour,

ce que je ne comprends c'est que :

- une pile si elle ne débite pas, elle ne s'use pas (les réactifs ne sont pas consommés).
- or dans cette exemple de pile, quand la pile ne debite pas (c'est a dire quand on a juste les 2 plaques métalliques cuivre et zinc trempant dans la solution), la plaque de zinc s'use puisqu'il y a la réaction :

Zn -> Zn2+ + 2é

??

merci davance pour vos reponses

[invite5e25ccb3]

oui mais là a mon avis c'est vraiment une pile "foireuse" si je puis dire ... il faudrait mettre un pont salin !
et voilà, à vouloir simplifier pour les troisième, on embrouille grave les profs !
je me suis déjà pris la tête la dessus l'année dernière ... et ça recommence, personne n'ayant vraiment pu me convaincre ...
En effet si la pile ne débite pas, la réaction se fait par échange direct d'électrons sur la lame de zinc, comme l'expérience faite en intro quoi ...
mais je suis comme toto, je ne comprend pas vraiment pourquoi y aurait des électrons qui partiraient dans les fils ...
le plus vraisemblable semble etre réduction ions H+ au niveau du cuivre ...
Mais franchement je vois pas l'intéret de mettre du cuivre dans ce cas ... faudra que j'essai avec du fer ou autre demain ...

enfin les réponses que j'ai lues ne m'ont guerre avancé, je suppose que la mienne n'en fera pas plus, désolé, je vous tiens au jus si je trouve !

[invite5e25ccb3]

bon, il me semble bien que j'ai 0,75 V avec cette pile (Cu + Zn dans eau salée), or j'ai trouvé couple Zn2+/Zn a potentiel -0,76 V.
Donc (comme H+/H2 réference 0V), il semblerait bien que ce soit H+ qui se réduit ! mais ça devrait donner pareil avec autre que cuivre, à vérif demain donc ! mais pourquoi cet échange ne se fait-il pas directement sur le zinc ???? peut être il y a les 2 en même temps (direct et indirect) ma foi pourquoi pas !

Je suppose que l'eau doit être salée juste pour contenir ions qui assurent la continuité du courant ...
allez bonne nuit !

[invite11faa55d]

Bonjour,

Je pense qu'avec une électrode autre que de cuivre, ça devrait donner la même chose A CONDITION que ton électrode ait un potentiel (standard) >0, sinon, la réduction que tu verras sera celle de l'électrode et plus celle de l'eau. Donc avec le fer, ça ne doit pas marcher (je pense) mais avec du carbone, ça devrait être pareil...

PS : c'est malin, je pensais avoir compris et vous m'avez embrouillée avec toutes vos questions ! ^^

[invite31e54298]

Bonjour,

Effectivement ça fonctionne avec une électrode en graphite plutôt qu'en cuivre et les ions, peu importe leur nature ne sont là que pour assurer la conduction dans la solution (attention à ne pas prendre des solutions exotiques qui créeraient des réactions secondaires).
La présentation dans les manuels est souvent une "arnaque" car dans cette pile pas besoin de cuivre et de zinc et la demi-réaction à l'électrode positive est bien 2H+ +2e- = H2. Dans certaines conditions, on voit des petites bulles se former. La première fois qu'un élève m'a demander ce qu'étaient ces bulles, j ai bien été embêté et je lui ai dit qu'il s'agissait d'une réaction parasite sans importance alors que pas du tout.

Le mieux est de séparer les deux demi-réactions et de relier par un pont salin. Avec d'un coté plaque de cuivre dans solution de sulfate de cuivre et dans l'autre plaque de zinc dans solution de sulfate de zinc. Dans ce cas je pense que les deux demi-réaction sont bien : Zn = Zn2+ +2e- et Cu2+ +2e- = Cu. D'ailleurs la mesure de la tension donne un résultat différent dans ce cas.
Mais dans ce cas en remplaçant la lame de cuivre par une électrode de graphite cela devrait donner le même résultat avec en plus la possibilité de vérifier qu'il y a bien un dépôt de cuivre sur l'électrode positive.

Quant aux dépôts de cuivre sur les lames de zinc (ou d'argent sur les lames de cuivre), il me semble que ces dépôts sont poreux et que si la quantité d'ions est suffisante, alors les lames sont entièrement détruites).

En tout cas attention, même si ce "n'est qu'un cours de troisième", il y a moyen de vite raconter n'importe quoi, donc cours à préparer attentivement.

Par contre j'ai une question, pourquoi y a-t-il une telle variabilité dans les résultats de mesures de tension dans ces différentes expériences ?

[invite55844dae]

bonjour,

tjrs des problèmes avec cette pile foireuse.

Quand on met la plaque de zinc et la plaque de cuivre dans la solution de sulfate de cuivre, on observe : comme un dépot noir sur la plaque de zinc, si on frotte un peu ca s'en va et on se rend compte que l'épaisseur de la plaque de zinc à diminué, j'en déduis qu' en fait ce que l'on observe ce n'est pas un dépot mais le zinc qui se détériore.

Mais je me demande si en meme tps il n'y aurait pas le cuivre qui se formerait sur le zinc , en effet comme ca a deja été dit , pourquoi les electrons libérés par les atomes de zinc se transformant en ion zinc iraient tous s'embetter a passer par les fils de connexion ( reliés au moteur qui tourne) pour aller rejoindre des ions cuivre ( ers la plaque de cuivre)afin de faire un depot de cuivre sur la plaque de cuivre alors que les ions cuivre sont en contact avec la plaque de zinc et donc plus proches...

De plus je ne vois aucun depot au niveau de la plaque de cuivre.

Alors, où se forme le cuivre ? d'autant plus que meme si le depot est noir sur la plaque de zinc, quand on met de la poudre de zinc dans une solution de sulfate de cuivre au début le dépot qui apparait à l'interface solution -zinc est ègalement noir puis avec le tps il devient plus important et rouge.

d'apres les explications donnés dans les posts précédants il devrait y avoir dépot de cuivre sur la plaque de cuivre , puisque y'a bien un courant qui circule donc il y a bien des electrons qui arrivent à la plaque de cuivre. mais je ne vois absolument rien sur la plaque de cuivre alors que sur la plaque de zinc la diminution de l'épaisseur est flagrande !

on observe des depots au fond du becher contenant la solution, ( pas rouge) mais je pense que c'est du cuivre.

Ce qui m'embette c'est de n'avoir aucun depot de cuivre sur la plaque de cuivre alors que les electrons y arrivent

Oups, je n'avais pas lu le dernier post sur le sujet, ca serait au nivaeu de la plaque de cuivre, la reduction de l'in hydrogène en dihydrogène ? bizzare, je n'ai pas vu de bulles

merci d'avance

[graounet]

Bon alors pour ma part j'observe bien un dépot de cuivre. Avec deux électrodes une en zinc et une en cuivre ou avec une en zinc et une en graphite il y a bien une tension. Je pense donc que cette "pile" est une pile avec différentes réactions. la réaction directe sur l'électrode de zinc, la plus importante. Et une réaction secondaire mélange de réactions selon les cas et concentration entre le cuivre et le zinc et/ou le zinc et l'hydrogène....

Il y a un dépot de cuivre si on met du sulfate de cuivre mais il y a encore une DDP en l'absence de celui-ci....

Donc ça fait un peu pile volta avec pile daniel ?

[patriciab]

Bonsoir

Ce n'est pas clair pour moi :

1/ par qui sont récupérés les électrons lorsqu'ils arrivent à l'électrode de cuivre ?
les ions Cu2+? H+?

2/ D'où vient la couche noire d'oxyde de cuivre ??

Merci !

Patricia