Réalisation d'une pile nickel-zinc(1)

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					           Correction : réalisation d'une pile nickel-zinc



I. Réalisation de la pile
1.




2.a Le pôle - fournit les électrons au circuit extérieur.
Au niveau de l'électrode de zinc des électrons sont cédés :
                           Zn(s) = Zn 2+ (aq) + 2 e-

Au niveau de l'électrode de nickel, des électrons sont captés :
                            Ni2+(aq)+ 2 e- = Ni(s)

2.b A l'électrode polarisée négativement, les atomes de zinc perdent des
électrons et subissent donc une oxydation. Le métal zinc subit donc une
oxydation.

A l'électrode polarisée positivement, de nickel, les ions Ni2+ captent des
électrons et sont donc réduits.

2.c Zn(s) + Ni2+ (aq) = Zn 2+ (aq) + Ni(s)

             [ Zn 2 ]i       C
2.d Qr,i =        2      =      1,0
             [ N i ]i         C
Qr,i < K. Le système évolue alors dans le sens direct de l'équation. Ceci
est cohérent avec la polarité proposée.
II. Etude de la pile

1.a et 1.b voir schéma ci-dessus.

2. L'équation montre que des ions Ni2+ sont consommés et des ions Zn 2+
sont formés. Donc [Ni2+ ] diminue et [Zn 2+] augmente. Qr augmente donc.

3. Des deux réactifs, le métal zinc est en excès et les ions Ni2+ sont en
défaut.
 La pile s'arrête de débiter lorsque le quotient de réaction Qr atteint la
valeur de la constante d'équilibre K. Alors [Ni2+] est très faible par rapport à
[Zn2+] et Qr = K = 1018.

4. Ni2+ est le réactif limitant et la transformation est considérée comme
totale, n(Ni2+)final ≈ 0
tableau d'avancement de la réaction :

                    Ni2+ (aq)   +   Zn(s)       =    Ni(s)      + Zn2+(aq)
état initial           CV            excès           excès           CV
état                  CV- x          excès           excès         CV + x
intermédiaire
état final          CV - xMAX        excès            excès            CV + xMAX

n(Ni2+)final = n(Ni2+)i - xMAX = 0
xMAX = n(Ni2+)i = CV = 5,0.10-2  100.10-3 = 5,0.10-3 mol

5.a D'après la demi-équation Ni2+(aq)+ 2 e- = Ni(s) :
n(e-)circulé = 2 n(Ni2+)réagi = 2 xmax = 2  5,0.10-3 = 1,0.10-2 mol

5.b Qmax = n(e-)circulé .F = 1,0.10-2  96 500 = 9,7.102 C

III. Décharge partielle de la pile
                                m 100.10 3
          2+
1.a n(Ni )réagi = n(Ni)déposé =              1,70.10 3 mol
                                M Ni   58,7

1.b D'après la demi-équation :
n(e-)circulé = 2 n(Ni2+)réagi = 2  1,70.10-3 = 3,40.10-3 mol
Q = n(e-)circulé .F = 3,40.10-3 x 96 500 = 3,28.102 C

1.c
                    Q 328
Q=I t          I=         = 0,091 A
                    t 3600
2.




3.a En reportant l'absorbance de la solution sur la courbe on en déduit la
valeur de sa concentration :
[Ni2+ ]final = 3,3.10-2 mol.L-1


3.b n(Ni2+)final = [Ni2+]final .V = 3,3.10-2 x 0,1 = 3,3.10-3 mol
    ndisp(Ni2+)= n(Ni2+)initial - n(Ni2+)f = 5,0.10-3 – 3,3.10-3 = 1,7.10-3 mol

Ce résultat est conforme au calcul de la question III.1.a

				
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