Qu’est-ce qu’une pile électrochimique ?
Une pile électrochimique, aussi appelée pile galvanique ou pile voltaïque, est un dispositif qui transforme l’énergie chimique d’une réaction d’oxydoréduction en énergie électrique. À l’école, on étudie en général la pile zinc-cuivre. Une électrode de zinc est placée dans une solution de sel de zinc, et une électrode de cuivre dans une solution de sel de cuivre. Un fil relie les deux électrodes, et un pont salin relie les deux solutions.
| Partie | Que se passe-t-il ? | Réaction |
|---|---|---|
| Anode (zinc, −) | Le zinc perd des électrons et s’oxyde | Zn → Zn2+ + 2e− |
| Cathode (cuivre, +) | Les ions cuivre gagnent des électrons et sont réduits | Cu2+ + 2e− → Cu |
| Fil | Les électrons circulent de l’anode vers la cathode | — |
| Pont salin | Les ions se déplacent et gardent les solutions neutres | — |
Réaction globale : Zn + Cu2+ → Zn2+ + Cu. Le zinc est plus réactif que le cuivre, c’est donc lui qui perd ses électrons. Quand les concentrations en ions sont de 1 mol/L, cette pile a une tension de 1.10 V.
Sans pont salin, les solutions ne peuvent pas rester neutres, et il ne passe presque pas de courant. Pendant le fonctionnement de la pile, l’électrode de zinc se dissout et du cuivre se dépose sur l’électrode de cuivre. Découvre l’oxydation et la réduction dans l’article Transfert d’électrons.
Fais fonctionner une pile dans l’application Nalukh chem
Ce simulateur fait partie de l’accès complet. Le téléchargement est gratuit, et 2 chapitres et 5 simulateurs sont accessibles sans compte.
Comment utiliser le simulateur ?
À l’ouverture du simulateur, le circuit est fermé et l’ampoule est allumée.
- Trouve l’électrode marquée Zn − dans le bécher de gauche et l’électrode marquée Cu + dans le bécher de droite. L’arc vert qui relie les deux béchers est le pont salin.
- Regarde les points jaunes, qui sont les électrons, circuler du zinc vers le cuivre à travers le fil et l’ampoule.
- Appuie sur le bouton 💡 Circuit fermé — touche pour couper. L’ampoule s’éteint et les électrons disparaissent.
- Appuie sur le bouton 🔌 Circuit ouvert — touche pour connecter pour refermer le circuit.
Le simulateur anime seulement le flux d’électrons. Il ne montre pas le déplacement des ions ni le changement des électrodes.
Exercices à essayer dans le simulateur
- Ouvre le circuit et referme-le. Dans quel sens vont les électrons ? Réponse : du zinc vers le cuivre, de l’anode vers la cathode.
- Pourquoi l’ampoule s’éteint-elle quand le circuit est ouvert ? Réponse : le chemin des électrons est coupé.
- Explique pourquoi l’électrode de zinc porte le signe −. Réponse : le zinc perd des électrons, et les électrons en excès restent sur l’électrode.
- Calcule à partir de la réaction à l’anode : combien de moles d’électrons circulent quand 1 mole de zinc est oxydée ? Réponse : 2 moles.
Erreurs fréquentes
- Penser que l’anode est toujours positive. Dans une pile électrochimique, l’anode est négative et la cathode positive. Dans l’électrolyse, c’est l’inverse : l’anode est positive et la cathode négative. Mais dans les deux cas, l’oxydation a lieu à l’anode et la réduction à la cathode.
- Penser que les électrons traversent la solution. Les électrons circulent uniquement dans le fil. Les ions se déplacent dans les solutions et le pont salin.
