Cathode

L’objectif de cet exercice est l’étude de la pile cuivre – argent, réalisé à l’aide de solutions de nitrate d’argent $(\ce{Ag+ (aq) + NO3^- (aq)})$ et de sulfate de cuivre $(\ce{Cu^{2+} (aq) + SO4^{2-} (aq)})$.

Données

• Faraday : $1 {\cal F} = \pu{96,5e3 C.mol-1}$ ;

• Masses molaires : $M(\ce{Cu}) = \pu{63,5 g.mol-1}$ ; $M(\ce{Ag}) = \pu{108,0 g.mol-1}$ ;

• $C^o = \pu{1,0 mol.L-1}$.

Étude descriptive de la pile

Afin de déterminer expérimentalement le pôle positif de la pile, on branche en série une résistance $R$ et un ampèremètre.

On réalise une pile formée à partir des couples $\ce{Ni^{2+}/Ni}$ et $\ce{Zn^{2+}/Zn}$.

Chaque solution a pour volume $V = \pu{100 mL}$ et la concentration initiale des ions positifs est $C = \pu{5,0e-2 mol.L-1}$.

Pour la réaction d’équation : $$ \ce{ Ni^{2+} (aq) + Zn (s) <=> Ni (s) + Zn^{2+} (aq) } $$ la constante d’équilibre vaut : $K = 10^{18}$.

Données

• $M (\ce{Zn}) = \pu{65,4 g.mol-1}$ ; $M(\ce{Ni}) = \pu{58,7 g.mol-1}$.

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Exercice n°18 - Pile Cuivre-Plomb

• Énoncé sur le Livre Scolaire

Supplément numérique B - Masse des électrodes

• Énoncé sur le Livre Scolaire

Supplément numérique C - Court‑circuit

• Énoncé sur le Livre Scolaire

Supplément numérique A - Pile bouton air-zinc

• Énoncé sur le Livre Scolaire

Transfert spontané direct d’électrons

Manipulations

Exploitation

• Les ions cuivre $\ce{Cu^{2+} (aq)}$ forment avec les ions hydroxyde $\ce{OH- (aq)}$ un précipité bleu d’hydroxyde de cuivre (II) $\ce{Cu(OH)2 (s)}$.
• Les ions zinc $\ce{Zn^{2+} (aq)}$ forment avec les ions hydroxyde $\ce{OH- (aq)}$ un précipité blanc d’hydroxyde de zinc (II) $\ce{Zn(OH)2 (s)}$.
• La constante d’équilibre associée à la réaction entre les ions cuivre et le métal zinc a pour valeur : $K = \pu{1,9e37}$.

1. À quoi servent les tubes à essais n° 1 et 3 ?