16 Cours Pile Oxydored

1ère S La Pérouse

Chapitre 16

Thème : Agir

Chapitre 16 : Piles et réactions d’oxydoréduction I.

Piles et batteries : réservoirs d’énergie: Batterie 

Pile Pile Énergie chimique

Décharge

Batterie Énergie chimique

Appareil électrique



Pile saline contient un électrolyte gélifié constitué d’ions. Pile alcaline contient un électrolyte liquide constitué d’une solution très basique.

Appareil électrique

Charge Batterie Énergie chimique

II. Réactions d’oxydoréduction : À l’intérieur d’une pile se produisent des réactions qui mettent en jeu des électrons. Indiquer le sens du courant, et le sens des électrons :

I

e-

Un réducteur (Réd) est une espèce chimique capable de céder un ou plusieurs électrons. La réaction associée s’appelle une oxydation , dans une pile elle a lieu à la borne négative appelée l’anode. Oxydation du réducteur :

𝑅é𝑑1 = 𝑂𝑥1 + 𝑛𝑒 −

Exemple :

𝑭𝒆 = 𝑭𝒆𝟐+ + 𝟐𝒆−

Couple 1 :

𝑂𝑥1/ 𝑅é𝑑1 𝐹𝑒 2+ / 𝐹𝑒

Un oxydant (Ox) est une espèce chimique capable de capter un ou plusieurs électrons. La réaction correspondante s’appelle une réduction , dans une pile elle a lieu à la borne positive appelée la cathode. Réduction de l’oxydant :

𝑂𝑥2 + 𝑛𝑒 − = 𝑅é𝑑2

Couple 2 :

𝟐 𝑯 + + 𝟐 𝒆− = 𝑯 𝟐

𝑂𝑥2/ 𝑅é𝑑2 𝐻 + / 𝐻2

Lorsqu’un réducteur rencontre un oxydant, une oxydation et une réduction se déroulent simultanément. Il se produit une réaction d’oxydoréduction. Autant d’électrons sont produits par l’oxydation, que d’électrons sont consommés par la réduction. Équation de la réaction :

𝑅é𝑑1 + 𝑂𝑥2 → 𝑂𝑥1 + 𝑅é𝑑2

Exemple :

𝑭𝒆(𝒔) + 𝟐 𝑯+ (𝒂𝒒) → 𝑭𝒆𝟐+ (𝒂𝒒) + 𝑯𝟐 (𝒈)

III.

Réalisation de la pile Daniell

 Réaliser le montage ci-après. Sans le pont salin.

1

1ère S La Pérouse

Chapitre 16

Thème : Agir

1. Mesures-t-on une intensité ? Non  Mettre le pont Salin 2. Mesures-t-on une intensité ? Oui 3. Préciser sur le schéma le sens du courant. Puis celui des électrons et la polarité électrique. 4. Parmi les particules suivantes, déterminer les porteurs de charges électriques mobiles : Molécules ; eau ; ions ; atomes ; électrons ; atomes métalliques 5. Quels porteurs de charges circulent dans le pont salin ? dans les conducteurs métalliques ? Dans le pont salin ce sont les ions les porteurs de charges et dans les conducteurs métalliques ce sont les électrons. 6. Compléter les demi-équations rédox suivantes : 𝒁𝒏(𝒔) = 𝒁𝒏𝟐+ (𝒂𝒒) + 𝟐 𝒆− 𝑪𝒖𝟐+ (𝒂𝒒) + 𝟐 𝒆− = 𝑪𝒖(𝒔)

Solution 𝐙𝐧𝟐+ (𝐚𝐪) + 𝟐− 𝐒𝐎𝟒 (𝐚𝐪)

7. Écrire l’équation de la réaction d’oxydoréduction 𝒁𝒏(𝒔) + 𝑪𝒖𝟐+ (𝒂𝒒) → 𝒁𝒏𝟐+ (𝒂𝒒) + 𝑪𝒖(𝒔) IV.

La pile à hydrogène :

Consulter l’animation pile à combustible https://sites.google.com/site/sclapnc/premiere-s/theme-3-agir/16-pile-et-oxydoreduction 1. Quels sont les deux réactifs mis en jeu ? Le dihydrogène et le dioxygène. 2. Quelle est l’espèce chimique, produit de la réaction ? L’eau. 3. Écrire la demi-équation de la réaction se produisant à l’anode en précisant s’il s’agit d’une oxydation ou d’une réduction. 𝑯𝟐 (𝒈) = 𝟐 𝑯+ (𝒂𝒒) + 𝟐 𝒆− . C’est une oxydation. 4. Même question pour la cathode. 𝑶𝟐 (𝒈) + 𝟒 𝑯+ (𝒂𝒒) + 𝟒𝒆− = 𝟐 𝑯𝟐 𝑶(𝒍) C’est une réduction. 5. Écrire l’équation globale de fonctionnement de la pile : 𝐻2 (𝑔)

= 2 𝐻 + (𝑎𝑞) + 2 𝑒 − (× 𝟐)

𝑂2 (𝑔) + 4 𝐻 + (𝑎𝑞) + 4𝑒 − = 2 𝐻2 𝑂(𝑙) 𝟐 𝑯𝟐 (𝒈) + 𝑶𝟐 (𝒈) → 𝟐 𝑯𝟐 𝑶(𝒍)

2

Solution 𝑪𝐮𝟐+ (𝐚𝐪) + 𝐒𝐎𝟐− 𝟒 (𝐚𝐪)

1ère S La Pérouse V.

Chapitre 16

Thème : Agir

S’entraîner à écrire des équations d’oxydo-réduction : 

Écrire la demi-équation de réduction mettant en jeu le couple

(1) 𝐶𝑟2 𝑂72− (𝑎𝑞)/𝐶𝑟 3+ (𝑎𝑞) 

Écrire la demi-équation d’oxydation mettant en jeu le couple

(6) 𝐶𝑢2+ (𝑎𝑞)/𝐶𝑢(𝑠) 

+ − 𝟑+ 𝑪𝒓𝟐 𝑶𝟐− 𝟕 (𝒂𝒒) + 𝟏𝟒 𝑯 (𝒂𝒒) + 𝟔 𝒆 = 𝟐 𝑪𝒓 (𝒂𝒒) + 𝟕 𝑯𝟐 𝑶(𝒍)

𝑪𝒖(𝒔) = 𝑪𝒖𝟐+ (𝒂𝒒) + 𝟐 𝒆−

Écrire l’équation d’oxydoréduction qui a lieu entre 𝐶𝑟2 𝑂72− et Cu .

+ 𝟑+ 𝟐+ 𝑪𝒓𝟐 𝑶𝟐− 𝟕 (𝒂𝒒) + 𝟏𝟒 𝑯 (𝒂𝒒) + 𝟑 𝑪𝒖(𝒔) → 𝟐 𝑪𝒓 (𝒂𝒒) + 𝟕 𝑯𝟐 𝑶(𝒍) + 𝟑 𝑪𝒖 (𝒂𝒒)



Écrire les demi-équations de réduction mettant en jeu les couples suivants :

(2) 𝐼𝑂3− (𝑎𝑞) / 𝐼2 (𝑎𝑞)

+ − 𝟐 𝑰𝑶− 𝟑 (𝒂𝒒) + 𝟏𝟐 𝑯 (𝒂𝒒) + 𝟏𝟎 𝒆 = 𝑰𝟐 (𝒂𝒒) + 𝟔 𝑯𝟐 𝑶(𝒍)

(3) 𝑁𝑂3− (𝑎𝑞)/𝑁𝑂(𝑔)

+ − 𝑵𝑶− 𝟑 (𝒂𝒒) + 𝟒𝑯 (𝒂𝒒) + 𝟑𝒆 = 𝑵𝑶(𝒈) + 𝟐𝑯𝟐 𝑶(𝒍)

(4) 𝑀𝑛𝑂4− (𝑎𝑞)/ 𝑀𝑛2+ (𝑎𝑞)

+ − 𝟐+ 𝑴𝒏𝑶− 𝟒 (𝒂𝒒) + 𝟖𝑯 (𝒂𝒒) + 𝟓𝒆 = 𝑴𝒏 (𝒂𝒒) + 𝟒𝑯𝟐 𝑶(𝒍)



Écrire les demi-équations d’oxydation mettant en jeu les couples suivants :

(5) 𝐼2 (𝑎𝑞)/𝐼 − (𝑎𝑞)

𝟐 𝑰− (𝒂𝒒) = 𝑰𝟐 (𝒂𝒒) + 𝟐 𝒆−

(7) 𝐹𝑒 3+ (𝑎𝑞)/ 𝐹𝑒 2+ (𝑎𝑞)

𝑭𝒆𝟐+ (𝒂𝒒) = 𝑭𝒆𝟑+ (𝒂𝒒) + 𝒆−



Écrire les équations d’oxydo-réduction faisant intervenir les couples suivants :

Couples (1) et (5) + − 𝑪𝒓𝟐 𝑶𝟐− 𝟕 (𝒂𝒒) + 𝟏𝟒 𝑯 (𝒂𝒒) + 𝟔 𝒆

= 𝟐 𝑪𝒓𝟑+ (𝒂𝒒) + 𝟕 𝑯𝟐 𝑶(𝒍)

𝟐 𝑰− (𝒂𝒒)

= 𝑰𝟐 (𝒂𝒒) + 𝟐 𝒆−

(x3)

+ − 𝟑+ 𝑪𝒓𝟐 𝑶𝟐− 𝟕 (𝒂𝒒) + 𝟏𝟒 𝑯 (𝒂𝒒) + 𝟔 𝑰 (𝒂𝒒) → 𝟐 𝑪𝒓 (𝒂𝒒) + 𝟑 𝑰𝟐 (𝒂𝒒) + 𝟕 𝑯𝟐 𝑶(𝒍)

Couples (3) et (6) 𝑵𝑶𝟑− (𝒂𝒒) + 𝟒𝑯+ (𝒂𝒒) + 𝟑𝒆−

= 𝑵𝑶(𝒈) + 𝟐𝑯𝟐 𝑶(𝒍)

(x2)

𝑪𝒖(𝒔)

= 𝑪𝒖𝟐+ (𝒂𝒒) + 𝟐 𝒆−

(x3)

+ 𝟐 𝑵𝑶− 𝟑 (𝒂𝒒) + 𝟖 𝑯 (𝒂𝒒) + 𝟑 𝑪𝒖(𝒔)

→ 𝟐 𝑵𝑶(𝒈) + 𝟒 𝑯𝟐 𝑶(𝒍)+ 𝟑 𝑪𝒖𝟐+

Couples (4) et (7) 𝑴𝒏𝑶𝟒− (𝒂𝒒) + 𝟖 𝑯+ (𝒂𝒒) + 𝟓𝒆−

= 𝑴𝒏𝟐+ (𝒂𝒒) + 𝟒 𝑯𝟐 𝑶(𝒍)

𝑭𝒆𝟐+ (𝒂𝒒)

= 𝑭𝒆𝟑+ (𝒂𝒒) + 𝒆−

𝑴𝒏𝑶𝟒− (𝒂𝒒) + 𝟖 𝑯+ (𝒂𝒒)+ 5 𝑭𝒆𝟐+ (𝒂𝒒)

→ 𝑴𝒏𝟐+ (𝒂𝒒) + 𝟒 𝑯𝟐 𝑶(𝒍) + 𝟓 𝑭𝒆𝟑+ (𝒂𝒒)

(x5)

Couples (2) et (5) + − 𝟐 𝑰𝑶− 𝟑 (𝒂𝒒) + 𝟏𝟐 𝑯 (𝒂𝒒) + 𝟏𝟎 𝒆

= 𝑰𝟐 (𝒂𝒒) + 𝟔 𝑯𝟐 𝑶(𝒍)

𝟐 𝑰− (𝒂𝒒)

= 𝑰𝟐 (𝒂𝒒) + 𝟐 𝒆−

+ − 𝟐 𝑰𝑶− 𝟑 (𝒂𝒒) + 𝟏𝟐 𝑯 (𝒂𝒒) + 𝟏𝟎 𝑰 (𝒂𝒒)

→ 𝟔 𝑰𝟐 (𝒂𝒒) + 𝟔 𝑯𝟐 𝑶(𝒍)

3

(x5)