D’où vient l’énergie des piles que l’on utilise tous les jours ? Pourquoi ont-elles une durée d’utilisation limitée ?

RAPPELS DE COURS

1 L’origine de l’énergie des piles

A Un réservoir d’énergie chimique

► Une pile est un réservoir d’énergie chimique. Lorsque la pile fonctionne, une partie de cette énergie est transformée sous forme d’énergie électrique et de chaleur.

► L’énergie électrique libérée par une pile provient d’une réaction chimique entre les matières qui constituent la pile. La consommation des réactifs entraîne l’usure de la pile.

B Une réaction avec échange d’électrons

► Dans un bécher contenant une solution bleue de sulfate de cuivre, on ajoute de la poudre de zinc.

► La solution se décolore (des ions Cu2+ disparaissent), un dépôt rouge se forme sur le zinc (apparition de cuivre) et la température de la solution passe de 21 °C à 35 °C. De plus, un test avec la soude permet d’identifier la formation d’ions Zn2+.

► Le bilan de la réaction est :

Cu2+ + Zn → Zn2+ + Cu

Il y a donc eu un échange d’électrons entre les réactifs.

2 Pile électrochimique et électrolyse

A La pile électrochimique

► Une pile électrochimique est constituée de deux électrodes de natures différentes, généralement métalliques, plongées dans une solution conductrice.

► Elle permet de transformer de l’énergie chimique en énergie électrique.

exemple Ci-contre, l’électrode de cuivre constitue la borne + de la pile et l’électrode de zinc constitue la borne –. Du zinc disparaît et des ions Zn2+ apparaissent. Des ions Cu2+ disparaissent et du cuivre se dépose sur l’électrode de zinc.

B L’électrolyse

► L’électrolyse est la dissociation chimique d’une substance par le passage d’un courant électrique. À l’inverse d’une pile électrochimique, elle permet de transformer de l’énergie électrique en énergie chimique.

► Elle s’effectue en plongeant deux électrodes reliées à un générateur de courant électrique dans un électrolyte (une substance conductrice contenant des ions).

MÉTHODE

Observer une réaction avec échange d’électrons

On introduit de la poudre de fer dans un tube à essai contenant une solution de sulfate de cuivre à la température de 19 °C. Après avoir mélangé et laissé décanter, une couleur rouge apparaît sur la poudre de fer tandis que la solution devient verdâtre. La température du mélange atteint alors 47 °C.

a. Quelles observations suggèrent qu’il y a eu transformation chimique dans le tube à essai ?

b. Quels sont les réactifs de cette transformation ?

c. Quelles observations suggèrent que les produits de la transformation chimique sont le cuivre et les ions Fe2+ ?