Chimie – travaux pratiques sur la réalisation d'une pile nickel-zinc - correction, Exercices de Biochimie et Instrumentation
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Melissa_s24 April 2014

Chimie – travaux pratiques sur la réalisation d'une pile nickel-zinc - correction, Exercices de Biochimie et Instrumentation

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Chimie – travaux pratiques sur la réalisation d'une pile nickel-zinc - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Réalisation de la pile, Étude de la pile, Décharge partielle de la pile.
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EXERCICE II RÉALISATION D'UNE PILE NICKEL – ZINC (6 POINTS)

2003 Antilles Exercice 1: Réalisation d'une pile nickel-zinc (6,5 points) CORRECTION

1. Réalisation de la pile

1.1.2.1.1 & 2.1.2

1.2. Équation des réactions.

 Demi-équations des réactions se produisant aux électrodes: à l'électrode + , il y a consommation d'électrons, donc une réduction: Ni2+(aq) + 2 e– = Ni (s)

à l'électrode -, il y a libération d'électrons, donc une oxydation: Zn (s) = Zn2+ (aq) + 2 e–

 Équation de la réaction globale qui intervient quand la pile débite:

Ni2+(aq) + Zn (s) = Zn2+ (aq) + Ni (s)

 Valeur du quotient réactionnel initial Qr,i:

Qr,i = iaq

iaq

Ni

Zn

][

][ 2

)(

2 )(

= 1,0

Qr,i << K, la réaction a lieu en sens direct ce qui est conforme avec la polarité de la pile.

2. Étude de la pile

2.1.1.ajout de la résistance sur la figure 1.

2.1.2.ajout sens courant, sens e– dans circuit extérieur

2.2. Les ions nickel (II) sont consommés donc [Ni2+(aq)] diminue, tandis que des ions zinc (II) sont

formés donc [Zn2+ (aq) ] augmente.

Or Qr = ][

][ 2

)(

2 )(

aq

aq

Ni

Zn donc au cours de la réaction Qr augmente.

2.3. La pile s'arrêtera de débiter lorsque l'état d'équilibre du système sera atteint.

Alors Qr = Qr,éq = K = 1018.

2.4. Si la réaction est totale, le réactif limitant la transformation est Ni2+ (« Sachant que la masse des

électrodes ne limite pas la réaction »).

2Ni n initialexmax = 0

xmax = C.V = 5,0.10–2  0,100

xmax = 5,0.10–3 mol

2.5.Q = n(e–).F

méthode 1: Au niveau microscopique : A chaque

fois que la réaction a lieu une fois, deux électrons

sont transférés au circuit extérieur.

Alors au niveau macroscopique: n(e–) = 2xmax

méthode 2: D'après la demi-équation de réduction,

on a 2

( )

2 Ni conso

n e n

  . Or

2Ni conso n

 = xmax.

Alors n(e–) = 2xmax

La pile fournit une quantité totale d'électricité Q = 2 xmax . F

e– I

+

pont salin

électrode de nickel électrode de zinc

solution contenant des ions Zn2+ solution contenant des ions Ni 2+

remarque : Le pont salin assure

l'électroneutralité des solutions.

Q = 2 5,0.10–3  96 500

Q = 9,65.102 C = 9,7.102 C

3. Décharge partielle de la pile

3.1.1. D'après l'équation chimique, on a ndisp (Ni2+) = nformée (Ni)

ndisp (Ni2+) = NiM

m =

7,58

100,0

ndisp (Ni2+) =1,70.10–3 mol

3.1.2. On a ndisp (Ni2+) = x et on a vu précédemment (2.5) que Q = 2x.F donc Q = 2 ndisp (Ni2+).F

Q = 2. NiM

m .F = 329 C

valeur de l'intensité du courant:

Q = I.t

donc I =  t

Q 91,3 mA

3.2.

3.3. On constate que le graphique représentant A = f(C) est une droite passant par l'origine.

Donc l'absorbance est proportionnelle à la concentration (Loi de Beer-Lambert).

Graphiquement pour A = 0,67, on a C1h = 0,033 mol.L–1 concentration des ions Ni 2+ restant en solution.

Après 1 heure: C1h = V

NinNin dispinitiale )()( 22  

=0,033 mol.L–1

ndisp (Ni2+) = ninitiale(Ni2+) – C1h.V

ndisp (Ni2+) = C.V – C1h.V = V.(C – C1h)

ndisp (Ni2+) = 0,100(5,0.10–2 – 3,3.10–2)

ndisp (Ni2+) = 1,7.10–3 mol

Ce résultat est conforme au calcul effectué dans le 3.1.1.

A

C (mol.L–1) 0 0,010 0,020 0,030 0,040 0,050

1,00

0,67

0,50

0

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