Convertir l’énergie chimique en énergie électrique

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Fiches
Classe(s) : 3e | Thème(s) : Organisation et transformations de la matière


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

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 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.

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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+ ?

Solution

a. Il y a eu transformation chimique pour plusieurs raisons : la solution et la poudre changent de couleur et il y a une augmentation de la température (réaction exothermique).

b. Les réactifs sont le fer (Fe) et les ions cuivre II (Cu2+).

c. Le dépôt rouge sur la poudre correspond à la formation de cuivre (Cu). La couleur verdâtre de la solution indique la présence d’ions Fe2+ (quelques gouttes de soude confirmeraient cette hypothèse). Le bilan de la réaction est : Cu2+ + Fe Fe2+ + Cu.