Pile nickel argent (énoncé)

Q1

a) L'ion chlorure réagit avec l'ion argent pour donner un précipité de chlorure d'argent !

Equation bilan :

Ag⁺_aq + Cl^-_aq = AgCl_(s)

Cette réaction, 'parasite' l'équation bilan de fonctionnement de la pile.  Pour l'éviter on prend des ions nitrate NO₃^-  à la place des ions chlorure Cl^-.

b) Plaque B : Métal argent ; Plaque A : Métal nickel.

U_BA = V_B-V_A > 0 .

Par conséquent :

V_B > V_A, la plaque d'argent a un potentiel électrique plus élevé que la plaque de nickel.

Conclusion :La plaque d'argent représente la borne positive de la pile, la plaque négative étant la plaque de nickel.

Schéma conventionnel de la pile :

c) Toutes les charges positives circulent dans le sens du courant électrique.

Les charges positives sont les cations Ag⁺ , K⁺, Ni²⁺ ,et les ions oxonium (H₃O⁺) ultra minoritaires  (concentration négligeable).

Toutes les charges négatives circulent dans le sens opposé au courant électrique.

Les charges négatives sont :

1) Les électrons, dans les électrodes et les fils électriques.

2) Les anions NO₃ ^-, SO₄^2- et les ions hydroxyde HO^- (ultra minoritaires, donc de concentration négligeable).

Q2

a) Schéma de la pile :

b) Réponse partielle, pour voir la vidéo clique ici.

Equation bilan de fonctionnement de la pile :

Ni_(s) + 2 Ag⁺_(aq) = Ni²⁺_(aq) + 2 Ag_(s)

c) Réponse partielle, pour voir la vidéo clique ici.

Rôle du pont ionique :

1) Préserver l'électroneutralité des 2 solutions ioniques.

2) Assurer la conduction du courant électrique entre les 2 solutions.

Q3
a) Attention, ne pas faire intervenir les corps solides dans la constante d'équilibre. Ne pas oublier le coefficient stœchiométrique '2' des ions argent : leur concentration est élevée au carré !

Constante d'équilibre k :

Ni_(s) + 2 Ag⁺_(aq) = Ni²⁺_(aq) + 2 Ag_(s)

b) Quotient de réaction initial Qr(i) :

c)  Le quotient de réaction initial est inférieur à la constante d'équilibre Qr_i <<K

Par conséquent le sens d'évolution spontané de la réaction est dans le sens direct de la réaction de fonctionnement de la pile (Ni + 2 Ag⁺ = Ni²⁺ + 2 Ag )

Pour plus d'information voir le chapitre sur le sens d'évolution spontané d'une réaction.

Q4

a) Réponse partielle, pour voir la vidéo clique ici.

Q = c.V.F = 1930 C

b) La capacité est égale au nombre d'électrons N fournie par la pile, par la charge d'un électron.

La pile peut fournir au maximum 1,21 x 10²² électrons au circuit.

c) Réponse partielle, pour voir la vidéo clique ici.

D m_Ni = - 0,587 g

Q5

a) Données: D t= 2h 30 min = 2 x 3600 + 30 x 60 = 9000 s ; I = 0,01 A

Quantité d'électricité fournie par la pile : q(fournie) = I.D t = 9000 x 0,01 = 90 C

La quantité d'électricité q restante est égale à la capacité Q de la pile, moins la quantité d'électricité fournie !

q = Q-q(fournie) = 1930-90 = 1840 C

La pile peut encore fournir 1840 C au circuit électrique.

b) Réponse partielle, voir la vidéo pour plus d'information.

c) Qr(f)>Qr(i) (5,63 > 5) c'est tout à fait logique puisqu'on a vu précédemment que la réaction avait lieu dans le sens direct de la réaction. Au cours de la réaction la constante de réaction Qr va augmenter jusqu'à atteindre la valeur K. La pile sera alors complètement déchargée.