REVIZ.fr – Pile – Notion de potentiel redox

Niveau : première
Matière : chimie (l’énergie électrique en chimie)


Le pont électrochimique est constitué de gélose contenant une solution concentrée de nitrate de potassium (K+ + NO33-. On observe le passage d’un courant, qui circule de la lame de cuivre vers la lame de zinc. Nous avons réalisé un générateur électrochimique, c’est-à-dire une pile.

A l’aide du voltmètre (branché direcement entre les lames métalliques, lorsque la pile ne débite pas), on peut mesurer la force électromotrice e de la pile (f.e.m.) :

eZn-Cu = 1 V = VCu – VZn

Représentation symbolique d’une pile

Demi-pile

Une demi-pile est constituée d’une plaque métallique (l’électrode) plongée dans une solution contenant le cation correspondant.
exemple : Zn et Zn2+

Interprétation

La réaction naturelle qui se produit est

Cu2+ + Zn Cu + Zn2+

Les réactions aux électrodes ne se prosuident que si la pile débite (= si le circuit est fermé et que les électrons peuevent circuler). Comme il n’y a pas d’accumulation de charges dans le circuit, les électrons créés au niveau de l’électrode de zinc sont consommées au niveau de l’électrode de cuivre.

La masse de Cu augmente ; celle de Zn diminue. C’est une pile de type « Daniell ».

Facteurs influençant la f.e.m. d’une pile

La f.e.m. varie peut avec la température (à peine 10-3 V/°C). En revanche, la concentration influe sur la f.e.m. : il est important de préciser les concentrations des solutions quand on réalise une pile.

On parle de conditions standards lorsque la concentration des cations métalliques est de 1 mol.L-1 sous une pression de 1 bar.

Sur un axe vertical dirigé vers le haut, gradué en Volts, on représente les couples. Deux couples sont séparés par une distance proportionnelle à la f.e.m. de la pile correspondante.

Une pile est constituée par 2 demi-piles reliées électriquement par un pont salin.

Chaque demi-pile met en présence un réducteur (le métal M) et son oxydant conjugué (le cation Mn+).

Le pôle négatif de la pile est constitué par le métal le plus réducteur.

L’oxydation et la réduction se déroulent simultanément mais séparément (il n’y a pas de contact physique).

Pour classer les couples métalliques, on a choisi un couple de référence par rapport auquel on situe tous les autres couples.
Ce couple de référence est H+ / H2. L’électrode correspondante est appelée ESH (électrode standard à hydrogène).
Par convention, son potentiel VESH est égal à 0V dans les conditions standards.

La demi pile à hydrogène est représentée symboliquement par

Pt | H2 | H+

Définition du potentiel d’oxydo-réduction d’un couple Mn+ / M

Chaque demi-pile est caractérisée par un potentiel E°Mn+ / M appelé potentiel redox du couple Mn+ / M.

Mn+ / M = VM – VESH

Quand le métal est le pôle positif de la pile, le potentiel redox est positif.
Quand le métal est le pôle négatif de la pile, le potentiel redox est négatif.

Détermination pratique d’un potantiel redox

L’ESH n’est pas une électrode pratique à utiliser. On utilise donc une électrode plus facile à mettre en oeuvre et de potentiel redox connu : le couple Cu2+ / Cu.
Cette seconde électrode est appelée la demi-pile de référence secondaire.

Cu2+ / Cu = 0,34 V

Le potentiel redox d’un couple métallique se calcule par :

Mn+ / M = (VM – VCu) + E°Cu2+ / Cu

où VM – VCu est égal à la f.e.m. de la pile étudiée.

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