Comprendre le fonctionnement des piles

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Fiches
Classe(s) : 1re S | Thème(s) : Convertir l’énergie et économiser les ressources


Rappels de cours

1 Les différents types de piles

Les piles et accumulateurs sont des réservoirs d’énergie chimique. Ils restituent de l’énergie en convertissant leur énergie chimique en électricité par le biais d’une réaction d’oxydoréduction. Ce sont donc des générateurs électrochimiques. On distingue :

les piles classiques (salines ou alcalines) ;

les accumulateurs, ou « piles rechargeables » ;

les piles à combustible.

2 Le fonction­nement des piles

► Une pile est le siège d’une réaction d’oxydoréduction mettant en jeu deux couples redox. Elle est constituée de deux demi-piles reliées par un pont salin.

► Lorsque la pile débite du courant, ce dernier circule conventionnellement à l’extérieur de la pile de la borne + vers la borne –.

► Des électrons sont libérés à l’électrode associée au pôle négatif de la pile. Cette électrode est donc le siège d’une oxydation.

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► Des électrons sont captés à l’électrode associée au pôle positif de la pile. Cette électrode est donc le siège d’une réduction.

► L’équation de la réaction d’oxydoréduction qui se produit lorsque la pile débite du courant est appelée équation de fonctionnement de la pile.

exemple L’équation de fonctionnement de la pile fer-cuivre est : Cu2++FeCu+Fe2+ .

Méthode

Relier la polarité d’une pile aux réactions mises en jeu aux électrodes

La pile zinc-argent est constituée de deux demi-piles reliées par un pont salin et met en jeu les couples oxydant/réducteur Zn2+(aq)/Zn(s) et Ag+(aq)/Ag(s). Chaque demi-pile contient une solution aqueuse : l’une de nitrate de zinc (Zn2+(aq)+2NO3(aq)), l’autre de nitrate d’argent (Ag+(aq)+NO3(aq)).

1. Réaliser le schéma annoté de la pile.

2. Un voltmètre branché entre les deux électrodes de la pile indique une valeur positive lorsque sa borne V est reliée à l’électrode d’argent. Préciser la polarité de la pile.

3. Montrer que l’équation de fonctionnement de la pile s’écrit :

2Ag+(aq)+Zn(s)2Ag(s)+Zn2+(aq).

Solution

1.

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2. On en déduit que l’électrode d’argent constitue le pôle + de la pile.

3. Le courant sort de la borne + qui est la borne d’argent. Les électrons sont donc captés par cette borne : Ag+(aq)+eAg(s) ; c’est une réaction de réduction. Inversement, à la borne de zinc qui est la borne – de la pile, le courant arrive et les électrons sont émis : Zn(s)Zn2+(aq)+2e ; c’est une réaction d’oxydation.

L’équation de fonctionnement de la pile s’écrit donc bien :

2Ag+(aq)+Zn(s)2Ag(s)+Zn2+(aq).